正庚烷预混火焰中PAHs的生成机理

应用CHEMKIN软件对正庚烷预混火焰中碳黑的先驱物PAHs的生成机理进行研究,得到了包含49种组分、94个基元反应的简化模型.该饥理包含正庚烷的燃烧和PAHs的生成两部分,正庚烷的燃烧模型构建在Patel等人模型的基础上,增加了3个低温区关键反应;PAHs生成机理主要根据脱氢加乙炔(HACA)反应机理添加.新模型能够模拟正庚烷预混燃烧的冷焰和热焰反应以及预测PAHs的生成过程,与详细模型计算结果吻合较好.为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合的燃烧计算提供了可行的途径.     

通用甲烷层流预混火焰半详细化学动力学机理

提出了一套用于描述甲烷－空气层流预混火焰的含有N化学和C2化学反应的半详细化学动力学机理，由79个基元反应和32种物质组成，根据需要可进一步简化。计算和实验结果对比表明，该机理能合理描述火焰结构和传播速度，其中N化学对火焰传播速度没有影响，C2化学在富油时会提高传播速度。对N化学反应的计算分析表明，在不同当量比条件下，NOx可由不同含N物质所组成，调整CH＋N2^-=HCN N的速率常数可改变NOx的生成浓度。     

乙醇-空气预混层流火焰特性的试验研究

利用纹影高速摄像技术,在定容燃烧弹内试验研究了温度为358~500 K,当量比从0.7到1.4的乙醇—空气预混层流火焰的传播特性。通过研究乙醇—空气火焰传播速度与层流火焰拉伸的关系,获得了乙醇—空气火焰无拉伸层流燃烧速度。结合先前研究结论,总结得出了乙醇—空气层流火焰无拉伸层流燃烧速度的经验公式。通过计算乙醇—空气层流火焰质量燃烧速率,确定了乙醇—空气层流火焰的全局活化温度以及Zeldovich数随混合气当量比的变化关系,并由此提出了乙醇—空气层流火焰燃烧速度的的替代拟合公式。通过比较,发现本研究结论与以前结果很吻合。     

异丙苯低压层流预混火焰实验研究

利用光电离分子束质谱对异丙苯(A1CH(CH_3)_2)在30 mmHg实验压力下,当量比为0.45、1.00和1.58的层流预混火焰进行了研究。实验结果表明,随着当量比的增加,A1CH(CH_3)_2需要在燃烧器上方更高的位置消耗完全。实验中共测得了14种燃烧产物,包括CH_3自由基、小分子烃类、含氧类物质、单环和多环芳烃。根据实验结果对A1CH(CH_3)_2的燃烧分解路径和多环芳烃生成路径进行了分析。结果表明A1CH(CH_3)_2可以通过多种路径消耗,如在异丙基上发生脱氢反应和脱甲基反应。此外萘(A2)是生成多环芳烃的重要前驱体。     

甲烷-空气预混火焰稳定特性的实验研究

基于本生灯实验,测试分析了甲烷-空气预混火焰的稳定燃烧特性。试验研究了预混气体火焰闪回和吹熄极限随燃空当量比的变化关系。研究发现,甲烷-空气混合气体的闪回极限的最大值出现在接近化学当量比处,并且呈现出类似抛物线的变化规律;而火焰的吹熄极限随着当量比的增加而逐渐增大。试验通过采用13 mm和11 mm两种不同口径的本生灯,研究了本生灯孔径对甲烷-空气预混火焰的稳定燃烧区间的影响关系,实验证明,随着孔径的增大,闪回极限将会减小,而吹熄极限随之增大。通过实验获取这些参数,能够为设计和优化燃烧系统提供理论支撑。     

丁烷层流预混燃烧多棱火焰的实验研究

在丁烷层流预混气体的燃烧过程中清晰地观察到多棱火焰现象。实验中，对3种喷口冷却条件，8种燃料流量下出现多棱火焰现象的浓度界限进行了测定。实验结果表明，当喷口冷却条件加强时，相同燃料流量下出现多棱火焰时空气消耗系数降低。实验也表明，多棱火焰在一定的燃料流量下出现，燃料流量超过一定值时，多棱火焰现象不再出现。同时，燃料流量越大，出现多棱火焰的棱数也越多。     

层流预混滞止火焰结构及传播速度实验研究

火焰传播速度反映了火焰和燃料燃烧的基本特性,但火焰传播比较复杂,受流动,传热以及化学反应等众多因素的影响,在实际的系统中,无法得到理想化的平面燃烧波,而利用平面滞止火焰可外推得到零位伸率下的火焰传播速度,即理想层流火焰传播速度。在建立稳定的层流预混滞止火焰的基础上,用激光多普勒仪测定了滞止流动的速度分布,得到了火焰结构的一些特征,并根据同一空燃比下不同位伸率与当地火焰传播速度的关系,获得了理想层流     

层流预混自由火焰数学模型及数值计算的研究

采用复杂化学动力学反应模型。模拟研究了开放空间中层流预混自由火焰的燃烧问题,并预测了自由火焰温度场、浓度场的分布状况,分析了在预混火焰燃烧过程中复杂化学反应模型的影响。为燃烧器的设计提供理论依据。     

氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的拉伸研究

采用高速纹影系统和定容燃烧弹对氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的拉伸进行了研究.分别改变燃空当量比(0.3～4.0)、初始温度(283～400,K)、初始压力(0.05～0.30,MPa)的条件下对比分析拉伸的变化规律,以及拉伸对火焰速度、燃烧速度的影响规律,还解释了拉伸对不等扩散不稳定和流体力学不稳定的影响机理.研究结果表明,随着半径的增大,拉伸率成幂函数关系逐渐减小,其指数和系数值随燃空当量比、温度、压力的变化有明显的变化规律;火焰拉伸的存在使得火焰速度和燃烧速度发生改变,同时它还是火焰不等扩散不稳定和流体力学不稳定发生的前提条件.     

层流预混火焰传播速度与火焰稳定传播界限的测定

采用本生灯法和直管法测定了液化石油气（LPG）、甲烷与氢燃料质子交换膜燃料电池（PEMFC）阳极尾气与空气的三种不同浓度混合气的层流火焰传播速度。此外,对三种不同浓度可燃混合气火焰的稳定传播界限也进行了测定。实验结果为多燃料燃烧器的开发提供了设计依据。     

甲醇裂解气对甲烷-空气预混层流燃烧特性的影响

采用定容燃烧弹-纹影系统,将H_2与CO按体积比为2∶1的混合气来模拟真实甲醇裂解气,进行了初始温度为343,K、初始压力为0.3,MPa下的甲烷-甲醇裂解气-空气预混燃烧试验,研究了不同当量比(0.6~1.8)和不同添加比例(20%,~80%,)的甲醇裂解气(其中V(H_2)∶V(CO)=2∶1)对甲烷-空气层流火焰燃烧速度、马克斯坦长度、火焰胞状结构及其影响参数等层流燃烧特性的影响,并在相同条件下单独添加CO,探究CO在甲醇裂解气中的作用.结果表明:甲醇裂解气能提高混合气层流火焰燃烧速度,在整个当量比范围尤其是稀燃时加强火焰不稳定性,促进胞状结构的产生.CO也能提高燃烧速度,但提升幅度比甲醇裂解气小,而且只有在大比例添加且当量比为1.2附近时才对火焰胞状不稳定性产生明显促进作用,即甲醇裂解气中对甲烷层流燃烧速度和火焰稳定性起主要影响的成分为H_2.     

格子Boltzmann方法模拟层流对冲预混火焰

运用格子Boltzmann方法对气体燃烧进行了模拟,其中包括了对流、扩散和反应等过程．在模拟中假设化学反应对流场没有影响,因而流场、温度场和组分场没有相互耦合,可以分别用LB方程进行求解．选择层流对冲火焰作为对燃烧的基础计算模拟．该模型的几何特征是有两个相对的相同燃烧喷口喷出燃料与空气的混合气体,而形成稳定的流场．计算结果与传统的Navier—Stokes方法计算得到的结果进行了对比,结果能够较好地吻合,说明格子Boltzmann方法可以对燃烧进行模拟．     

正庚烷甲苯混合物燃烧简化机理分析

提出了一个新的包括多环芳香烃(PAH)生成的正庚烷/甲苯混合物燃烧化学动力学简化机理.该机理包括64种物质,120个反应,与激波管内滞燃期实验结果吻合较好.在不同进气氧体积分数下,使用该机理对柴油机缸内燃烧过程进行了计算,其结果与缸内的实验结果吻合良好.通过机理的敏感性分析发现,PAH的重要前驱物乙炔主要是由甲苯反应路径中的C6H5及C6H4O2生成,说明在正庚烷中加入甲苯会对模拟柴油的燃烧特别是碳烟的生成有很大的影响;过氧化氢自由基HO2和羟自由基OH在甲苯、正庚烷的分解反应及小分子烃的裂解和氧化反应中都起着非常重要的作用.     

常温高预混度甲烷火焰燃烧特性研究

使用自行研制的微型天然气燃烧装置,利用FTIR发射透射技术,借助傅立叶变换红外光谱仪在线测量了常温高预混度条件下甲烷火焰的温度和辐射力。通过试验得出了较高预混度条件下常温甲烷火焰的碳黑生成、火焰辐射和火焰温度等方面的燃烧特性。     

甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性试验和数值模拟研究

利用高速纹影摄像法在定容燃烧弹内研究了不同初始压力、初始温度、当量比和甲烷含量条件下甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性,得到了马克斯坦常数和层流火焰燃烧速率等数据,并进行了化学特性分析。研究结果表明:层流火焰燃烧速率随初始压力的增加而减小,随着初始温度的增加而增加,最大值在当量比约为1.1取得,甲烷含量增加层流火焰速率略微减小;马克斯坦常数随初始压力的增加而减小,随着当量比的增加而增加;数值模拟得到的一维自由传播火焰的层流火焰速率与试验结果吻合良好。     

氢气乙醇混合物层流燃烧速度及火焰不稳定性研究

氢气是一种高效的添加剂,可改善乙醇燃料的燃烧特性,为更好地应用于燃烧装置,有必要研究其层流燃烧特性。在初始压力为0.1及0.4 MPa,初始温度为400 K,等效比范围为0.7～1.4,氢气比例为20%、50%和80%下进行实验,采用定压法(constant pressure method, CPM)得到层流燃烧速度(laminar burning velocity, LBV)。对火焰发展不同阶段的火焰形貌进行研究,当火焰表面的大裂纹分裂出现小裂纹,并导致新细胞再生时,火焰变得不稳定;还研究流体动力学效应和热扩散效应对火焰固有不稳定性的影响。结果表明：LBV随着氢气比例的增加而增加,在富氢状态下其提升效果更加显著;流体动力不稳定性随着压力的增加而增加,热扩散不稳定性对压力变化不敏感;此外,增加氢气比例或初始压力将使火焰更早变得不稳定。     

甲烷氛围下正庚烷低温氧化特性

利用射流搅拌反应器研究了不同摩尔分数甲烷氛围中正庚烷在0.1 MPa、500～750 K条件下的低温氧化特性,当量比和滞留时间分别为0.5和1.4 s;分析了重要组分摩尔分数随反应温度的变化规律,研究了甲烷对正庚烷低温氧化的物理和化学作用及正庚烷低温氧化过程的化学动力学特性.结果表明:甲烷摩尔分数较低时甲烷表现出惰性,其对正庚烷低温氧化的物理作用与氮气相当;当甲烷摩尔分数达到70%时,甲烷从化学反应角度抑制了正庚烷的低温氧化.正庚烷低温氧化主要与含氧组分相关的反应路径有关,后续氧化以CO、烯烃、醛与醚等含氧物质的反应为主.甲烷主要通过与正庚烷竞争OH而抑制其氧化,甲烷摩尔分数的提高促进了CH_3生成,从而使甲醇摩尔分数上升.     

层流预混滞止火焰结构及传播速度的数值模拟

在考虑了甲烷与空气燃烧过程中１７种分子、原子和基团的４６个基元反应的基础上,采用数值模拟方法求解了甲烷层流滞止火焰结构,给出了各种组分与温度的空间分布,计算了不同拉伸率下的甲烷滞止火焰的传播速度,导出了层流预混火焰的传播速度。     

异丁醇/辛酸甲酯混合燃料预混层流火焰速度的研究

针对生物柴油与醇类混合燃料燃烧机理研究的需求,采用高速纹影光学诊断方法和定容燃烧弹系统试验研究了异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的预混层流燃烧特性。测量了不同当量比和初始压力条件下的不同配比混合燃料—空气预混合气的层流燃烧火焰速度,火焰拉伸率以及马克斯坦长度。分析了燃烧初始条件及异丁醇掺混比例对混合燃料的无拉伸层流燃烧速度及火焰不稳定性的影响规律。结果表明:异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的拉伸层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度随着当量比的增加先增加后减少,随着初始压力的增加而减小;马克斯坦长度随着当量比和初始压力的增加而减小;异丁醇掺混比例的增加加快了层流火焰燃烧速度,但使得火焰的不稳定性倾向增加。