碳氢燃料在激波管内的裂解试验与动力学研究

利用激波管对碳氢燃料正庚烷和异辛烷在温度为1 200～2 100 K、压力为0.22～0.28 MPa条件下进行了裂解试验,并用气相色谱法对几种热解产物进行了检测和定量．选择了不同的化学反应动力学模型来模拟相同试验条件下的燃料热解过程．结果表明:CH₄、C₂H₂、C₂H₄和C₃H₆是正庚烷和异辛烷热解过程中的主要产物．灵敏度和产率分析表明,烯烃是燃料热解过程中最主要的产物,燃料的主要分解途径是夺氢反应和C—C键的断裂反应．在正庚烷热解过程中,主要的分解途径是H/CH₃自由基的夺氢反应,乙烯是主要的烯烃产物．在异辛烷的热解中,其主要通过C—C键的直接断裂消耗,异丁烯是主要的烯烃产物．正庚烷和异辛烷热解特性的差异主要是由不同的分子结构造成的．     

木质素与高密度聚乙烯共热解特性研究

生物质与塑料共热解是一种非常有效的生物质利用方法之一,但由于生物质结构的复杂性,共热解过程的机理尚不明晰。木质素是生物质的主要组分之一,本文通过热重-质谱联用仪和裂解器-气相色谱质谱仪研究其与高密度聚乙烯共热解过程,获取共热解特性及热解产物分布特性,以揭示共热解过程机制。结果显示,木质素与高密度聚乙烯共热解过程存在协同效应,使得热解失重速率加快,热解固体残渣含量减少。共热解过程有利于CH₄、H₂O、CO和C₂H₄的生成,抑制CO₂的生成。同时,酚类、醇类和糖类等含氧化合物产量减少,烷烃和烯烃类化合物产量增加。结果表明,共热解过程会发生氢转移现象,氢与木质素衍生热解产物结合发生反应,从而抑制含氧化合物的生成,促进烷烃类和烯烃类化合物生成。     

基于Pt-C3N传感器的变压器油中溶解气体的吸附性能研究

变压器的在线监测技术是全球能源互联网建设的重要保障,而变压器油中溶解气体的诊断被视为变压器故障的有效判据。采用密度泛函理论方法模拟了6种油中溶解气体在铂修饰的C₃N纳米薄片的吸附过程,通过能带结构、态密度、差分电荷密度的计算揭示相关的吸附和传感机理。结果表明铂修饰可以显著增强C₃N纳米薄片的气敏响应能力,尤其是对CO和C₂H₂的捕捉能力,这主要归因于掺杂金属颗粒的d轨道电子层贡献。铂修饰C₃N纳米薄片对变压器油中溶解气体的吸附能力排序为CO>C₂H₂>C₂H₄>H₂>CO₂>CH₄。吸附底物的电子特性发生较大变化。该研究为开发用于检测变压器油中溶解气体的高性能气敏传感器提供了理论基础。     

添加生物质气化气的选择性非催化还原研究

提出利用生物质气化气为选择性非催化还原技术（SNCR）反应的添加剂,并进行相应的反应动力学计算。计算结果表明生物质气化气作为添加剂可以提高低温条件下SNCR反应的脱硝效率。生物质气化气主要成分为H₂、CH₄和CO,其中H₂和CH₄对温度窗的作用明显,CO的效果较小。各种气体成分主要通过促进OH基元生成来促进相对较低温度下脱硝反应过程的进行。     

中药渣固废的碳酸钾催化热解特性与产物分布规律

以木本中药渣为原料,采用浸渍法负载不同含量K₂CO₃催化剂;通过热重实验,分析中药渣催化热解特性和热解特征参数,并采用Starink法进行动力学分析,计算催化热解反应的表观活化能;使用固定床热解炉,优化催化热解反应条件,考察不同K₂CO₃负载量对热解产物分布的影响规律。热重结果表明,K₂CO₃能显著降低中药渣的初始热解温度和最大热解温度,从而降低热解快速失重段的反应活化能;且K₂CO₃负载量越大,催化热解效果越好。热解实验证实：K₂CO₃含量为中药渣催化热解反应的最主要影响因素,它可加速生物基大分子的低温解聚和热解中间产物的催化裂解,既可降低热解油产率,又能大幅提升H₂、CO和C₂H₆等小分子低碳烃气体的产率,且有利于提高热解气的H₂/CO比例。     

PODE3/异辛烷二元燃料实验与简化动力学模型研究

聚甲氧基二甲醚(PODE)具有高十六烷值、高含氧量和互溶性好等燃料特性,目前PODE通常与传统燃料混合使用,具有显著改善内燃机热效率和有害物排放的潜力．本文首先基于射流搅拌反应器开展典型汽油替代物异辛烷与高活性代用燃料PODE₃混合燃料的低温氧化实验,然后通过简化PODE₃详细机理并耦合异辛烷/正庚烷机理构建了包含108个组分和434个反应的PRF-PODE₃简化机理．利用该机理模型对PODE₃/异辛烷燃料进行了滞燃期、层流预混火焰和射流搅拌反应器的实验验证并获得了良好的预测结果．PODE₃/异辛烷低温氧化实验及模拟结果表明,掺混PODE₃后,会在低温反应阶段产生大量的OH、HO₂、CH₃等活性基,从而促进异辛烷的低温反应,且随着掺混比例的提高,异辛烷低温反应明显增强．异辛烷中添加PODE₃对于CH₄、C₂H₆等中间产物影响较...     

碳烟边缘茚型五碳环与活性O的氧化反应机理研究

针对碳烟在火焰中的氧化，本文利用DFT方法研究活性O氧化碳烟边缘茚型五碳环结构的反应机理．在B3LYP/6-311G(d,p)和M06-2X/cc-p VQZ的计算水平下，探究活性O与C13H9自由基的详细反应路径，并基于TST计算各基元反应在500～3 000 K温度范围内的速率常数．结果表明：活性O与C13H9自由基形成的C₁₃H₉O，进一步热解后将产生CHO、CO和具有四碳环结构的PAHs.CHO的生成高度依赖温度和反应位点，其反应需克服402.7 kJ/mol的限速步能垒．C₁₃H₉O热解的氧化产物主要为CO.M1和M2热解释放CO的主反应路径为路径3和12，并产生具有四碳环结构的CS9，对应的限速步能垒分别为167.9 kJ/mol和153.8 kJ/mol.C₁₃H₉O热解的起始反应主要为C—C键断键和H转移反应，其中C—C键断键的反应路径更易发生，且反应速率也更快.     

Ni-xFe/Mayenite促进CO2-CH4重整的稳定性调控实验研究

采用湿法混合-浸渍法制备了一系列 Ni-xFe/mayenite(Ca₁₂Al₁₄O₃₃)催化剂,并在 700 ℃、常压、CH₄/CO₂为 1 的条件下进行了干重整实验研究．系统考察了金属负载量、金属组分等对干重整活性和稳定性的影响．其中7.5% Ni-0.1Fe/mayenite 能够得到接近热力学平衡值的 CO₂和 CH₄转化率(分别为 90.1%、86.0%),氢碳比为0.94.Ni-x Fe/mayenite 的活性随着 Ni 负载量从 5%增加到 10%显著提高;进一步增加到 30%时,活性提升有限．Ni 负载量较高的 Ni/mayenite 更容易发生碳沉积,导致反应器堵塞,而 Ni-x Fe/mayenite 在干重整过程中稳定性显著提高．Fe 掺杂提高催化剂表面氧浓度,形成 Ni-Fe 合金有利于 Ni 位点分散,抑制 CH₄过快裂解;钙铝石作为载体,促进了 CO₂与金属之...     

NH3部分裂解对其均质及非预混自燃特性的影响研究

为促进氨氢可再生能源发展,文章基于高阶离散格式、详细动力学模型对NH₃及NH₃/H₂/N₂燃料的自燃过程进行了直接数值模拟研究,获得了NH₃部分裂解对均质、非预混条件下燃料着火延迟时间、关键反应路径、自燃火焰结构、火焰位移速度等动力学特性的作用机制。研究结果表明：NH₃预裂解可有效降低均质及非预混条件下的着火延迟时间,且在低温工况中尤为明显;在NH₃自燃过程中,NH₃+OH<=>H₂O+NH₂是NH₃消耗主导反应;在NH₃/H₂/N₂自燃过程中,H-O反应体系的增强使得NH₃+O<=>NH₂+OH成为额外的NH₃消耗路径,H+NH₃<=>H₂     

掺混臭氧对微圆管内甲烷/氢气/氧气爆轰特性的影响

为研究掺混O₃对2CH₄-2H₂-5O₂混合气火焰、由缓燃向爆震转捩(DDT)过程及爆轰波传播特性的影响,使用高速摄像机(CCD)观测了不同O₃质量浓度(0.00%、0.44%、0.95%、1.40%、2.00%)下,2CH₄-2H₂-5O₂混合气在不同内径的毫米级(3.00、5.00、7.00 mm)管道内的火焰传播情况,进而分析了掺混O₃对2CH₄-2H₂-5O₂DDT过程及爆轰波传播特性的影响。实验结果表明,添加臭氧可以显著加速火焰的传播速度,从而加快爆燃向爆轰(DDT)过程,缩短起爆距离。在相同管径下,随着混合臭氧质量浓度的增加,火焰的传播速度增加,起爆距离减小。而当添加的臭氧比率相同时,随着管道直径的减小,起爆距离缩短。     

生物质微米原料快速气化试验研究

以木屑和稻壳为试验原料,针对生物质气化热解技术开展研究。实验结果表明,CO、H₂、CH₄等是组成合成气的主要有效成分;反应终温对气化热解反应的结果影响较大。当反应终温从700℃上升至900℃时,合成气产率提升了39. 6%;原料含水率对合成气的组分构成也有影响,含水率越高,H₂占比越小,同时无效热值气体CO₂含量占比上升。     

烷烃燃料微小平板催化燃烧的火焰特性

对微平板燃烧器内4种烷类燃料（C₁ ~ C₄）进行铂催化燃烧实验,获得其点火过程和静态火焰的特征,并进行对比分析。当量比相同时,点火过程火焰传播速度大小顺序为甲烷 > 乙烷 > 丁烷 > 丙烷。随着当量比增大,火焰传播速度加快,稳态火焰根部位置向气流上游移动。观察可见光、430 nm（OH*光谱）、516 nm（C₂*光谱）成像火焰发现,当量比越大,火焰亮度越大,OH*和C₂*浓度越高。当量比相同时,乙烷的OH*、CH*和C₂*浓度最高,而甲烷和丙烷的则较低。     

异辛烷燃烧过程的声场激励调控特性

从宏观与微观层面分析了超声波对异辛烷燃烧的调控作用机理,利用发动机台架试验验证了原机三维燃烧数值模拟模型,基于燃烧室内物理嵌入动网格声源面方法,实现将20 kHz振幅为300μm超声波成功馈入燃烧室．将有、无超声波馈入燃烧室的工作缸压差值作为超声辐射压力扰动,研究了超声场激励对异辛烷的着火延迟期、中间反应组分及敏感性的影响特性．通过对比分析超声馈入方案S₁～S₃及无超声馈入方案S₀,结果表明：S₁～S₃方案均使燃烧相位得以提前,S₂和S₃中C₃H₆、IC₄H₈和C₂H₄的峰值摩尔分数分别提升42.1%、24.7%、27.5%和21.5%、9.6%、5.3%,且两者异辛烷燃尽时间均提前0.18 s．当量比为1且初始温度分别为1 300 K和1 700 K时,着火延迟期分别缩短31.8%和6.4%,且均促进了...     

上转换材料TiO2∶Er3+/Yb3+/Li+的制备及其在玻璃盖板中的应用

采用溶胶凝胶法和旋转镀膜法制备Er³⁺/Yb³⁺/Li⁺掺杂TiO₂胶体和薄膜,确定上转换材料最优制备方案为n(乙酰丙酮)∶n(C₁₆H₃₆O₄Ti∶H₂O)∶n(异丙醇)∶n(Er(NO₃)₃·5H₂O)∶n(Yb(NO₃)₃·5H₂O)∶n(LiNO₃)=1∶3∶9∶70∶0.12∶0.60∶0.15(物质的量之比),水的滴加速率为10 s/滴,溶液pH值为2～3,溶胶呈透明均匀淡黄色。吸收光谱在近红外区峰值明显。可见光透光率最高可达94.42%,较普通玻璃提高1%～2%。光伏组件通过光电转换效率测量系统进行检测,玻璃盖板镀膜后光伏组件的光电转换效率从16.5%升至17.2%,增加约0.7%。研究结果表明,该薄膜可提高玻璃盖板透光率,扩大光伏组件光谱吸收范围...     

废气重整再循环船用LNG发动机闭环系统模拟研究

基于GT-Power软件搭建液化天然气（LNG）发动机与重整器闭环运行仿真模型,探究废气重整再循环率（REGR率）及重整器内CH₄与O₂体积分数比n对重整器与发动机性能的影响.结果表明:重整产物中H₂体积分数随REGR率增大而降低,且随着n增加而增大;随着REGR率增大,缸压峰值降低,火焰发展期与燃烧持续期增加,NO_x排放降低,且在10%REGR率左右达IMO TierⅢ排放限值标准;与废气再循环（EGR）模式相比,REGR模式下缸压峰值增加,火焰发展期与燃烧持续期缩短,热效率增加,燃油消耗率（BSFC）下降,HC排放降低.该研究结果可为发动机与重整器匹配运行以实现船用LNG发动机污染物排放控制提供参考.     

单釜间歇式生物质炭化热解设备的结构设计研究

针对当前生物炭生产设备仍以半机械化为主,生产连续性差、生产效率低、物料堆放松散不平、秸秆炭化不均匀等问题,提出一种生物质单釜间歇式炭化设备,通过选择热解参数以及热工计算,采用棉花秸秆原料进行炭化试验,获取现有技术条件下的炭化得率质量分数为45%,气体为CO₂（50.2%）、CO（28.1%）、H₂（7.2%）、CH₄（6.9%）和其他（7.6%）,其中CO、H₂、CH₄作为主要燃烧成分占气体总质量分数的42.2%,可实现设计目标、提高炭化得率。     

基于AuMgO@TiO2球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统，利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料，低频波段转化为高品质热能。基于该系统，制备Au和MgO负载的TiO₂球壳材料，进行光热协同反应转化CO₂和H₂O，同时结合集热层利用导热油集热，结果表明，H₂、CH₄、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g，系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示，球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收，增强光热性能，降低电子空穴对复合率，产生氧空位，促进光热协同反应还原CO₂。     

温度与氧气浓度对NH3还原NO特性耦合影响研究

为揭示烟气温度和氧浓度对NH₃还原NO过程的影响，通过对3种典型氮氧化物机理模型的对比与验证，选取Glarborg1998机理模型对不同温度(800～1 600℃)及O₂浓度下NH₃还原NO反应进行化学反应动力学研究.结果发现：在一定O₂浓度条件下，NH₃还原NO过程仅在一定温度窗口内才能获得较高的脱硝效率，这主要是由于H能与O₂反应生成O、OH以促进NH₃分解生成NH₂，保证NH₂还原NO；温度过高会促进NH₂氧化，导致脱硝效率降低.高温条件下O₂浓度降低时，虽然抑制了OH基团的形成，但H与CO₂、H₂O反应生成OH的反应速率明显增大，促进了NH₂的生成及其对NO的还原；同时，O₂浓度降低也抑制了NH₂氧化生成NO的反应，使得高温还原性气...     

CO2气氛下危废污泥与煤、废活性炭的共气化特性

采用热重分析法对CO₂气氛下工业危废污泥与煤和废活性炭在不同比例下混合进行共气化的失重过程、气化反应动力学和协同气化效应进行了研究．随着混合燃料中煤/废活性炭比例的提高，混合燃料的失重率和最大失重速率都相应大幅提高．随气化温度升高，相比污泥单独气化，混合燃料的协同气化反应得以加强．60%污泥混合40%煤/活性炭时表现出更高的协同性指数，焦炭气化阶段的反应活化能为污泥单独气化时的24%～31%．与煤相比，废活性炭与污泥的协同气化效应更为显著．在此基础上利用管式气化实验炉对混合燃料的产气特性进行了初步研究．产气主要有效成分中CO体积占比最大，其次为H₂和CH₄．污泥单独气化时，产气中CO含量随CO₂流量增加逐渐降低；与煤或废活性炭共气化时，CO含量则随CO₂流量增大而逐渐增加．随煤和废活性炭混合比提高，H₂、CH₄含量逐渐上升，CO则相应降低．CO的含量整体受混合比和CO₂流量共同影响．     

组分H2/CO的比例对合成气非预混射流火焰燃烧特性的影响

采用一种14组分37步简化机理模型、RNG k-ε湍流模型以及稳态层流小火焰(SLF)燃烧模型，研究了N₂稀释条件下组分H₂/CO的比例对合成气燃烧特性的影响。数值模拟结果表明：当组分H₂/CO的体积比从3:7变化至7:3时，合成气燃烧过程中生成的OH自由基浓度上升，燃烧位置向入口靠近；火焰燃烧峰值温度随H₂/CO体积比的增大而下降，火焰峰值温度所在位置向燃料入口靠近；火焰传播速度随H₂/CO体积比的增大而加快，燃烧反应在更短的距离和时间内完成。