纳米铝粉在水蒸气中的燃烧特性

针对粒径对纳米铝粉燃烧性能的影响,研究了不同粒径的纳米铝粉在水蒸气气氛中的燃烧特性,同时与其在空气气氛中的燃烧特性进行比较.结果表明,纳米铝粉粒径对其在水蒸气气氛中的着火温度影响较大,但对其燃烧的最高温度影响较小.纳米铝粉在水蒸气气氛中的着火温度比在空气气氛中的着火温度低,且最高温度也低.从燃烧现象可以发现,纳米铝粉在空气气氛中比在水蒸气气氛中燃烧剧烈,火焰亮度更强.此外,还采用扫描电镜与能谱分析联用技术对纳米铝粉在不同气氛中的燃烧产物进行了分析.     

纳米添加剂对麻疯树甲酯和乙醇混合物蒸发特性的影响

采用悬浮液滴技术研究在873 K和973 K的环境温度下,麻疯树甲酯-乙醇混合物(J70E30)添加不同质量浓度的Fe3O4纳米粒子(0.25%、1%、2%)燃料液滴的蒸发特性。结果表明,在873 K和973 K两个温度下,含有不同浓度的纳米流体燃料液滴蒸发过程均可以分为瞬态加热阶段、波动蒸发阶段和平衡蒸发阶段,三种Fe₃O₄纳米粒子浓度液滴的归一化平方直径在平衡蒸发阶段符合d2定律。在873K温度下,由于纳米粒子较强的布朗运动导致传热效率提高,促进了燃料液滴蒸发速率,其蒸发速率随着纳米粒子浓度增加不断提高;在973 K温度下,纳米流体燃料液滴的蒸发速率则是先减小后增大,但在973 K温度下纳米流体燃料液滴蒸发速率要大于其在873 K时的蒸发速率。     

CO2/O2环境对柴油着火及燃烧特性的影响

为研究CO₂/O₂环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO₂/O₂环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO₂体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO₂物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明：在CO₂体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO₂体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO₂体积分数在50%～60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO₂的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO₂的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO     

地沟油生物柴油与正丁醇/乙醇混合燃料燃烧火焰特性

为研究不同配比下生物柴油混合燃料燃烧特性,设计了一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统,该系统可产生生物柴油及其混合燃料层流预混火焰,结合OH-PLIF平面激光诱导荧光技术测定并分析燃烧火焰的高度和锋面面积以及层流预混火焰的传播速度和OH-PLIF总信号强度等燃烧特性.结果表明随着正丁醇或乙醇添加比例的增大,两种混合燃料燃烧火焰高度、火焰锋面面积呈下降趋势;火焰传播速度呈上升趋势.在混合燃料中,正丁醇的体积分数越大,燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越大,而乙醇的体积分数越大,混合燃料燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越小.     

Cu-H2O纳米流体平板太阳集热器集热性能研究

采用两步法配制Cu-H2O纳米流体,对不同质量分数、粒径的Cu-H2O纳米流体和水作为平板太阳热水器的集热工质,测试其导热系数,并在相同太阳辐照下进行集热性能实验,研究平板集热器的集热效率、水箱中的水温与得热量。实验结果表明:纳米流体可明显提高水的导热性能。粒径为25 nm,质量分数为0.10%的Cu-H2O纳米流体集热效率比水的提高了23.83%,质量分数为0.20%的Cu-H2O纳米流体的集热效率反而低于0.10%的。粒径为50 nm的Cu-H2O纳米流体集热效率低于粒径为25 nm的。粒径为25 nm、质量分数为0.10%的纳米流体循环系统中最高水温与最高得热量相对于水作为工质分别提高了12.24%和24.52%。     

丁烷-空气超临界燃烧中温度对迁移过程的影响

建立了单一燃料液滴燃烧过程的计算模型和数值方法,并利用之计算了丁烷-空气系统的蒸发和燃烧过程,研究了环境温度对迁移过程的影响.计算结果表明,在环境压力为2倍丁烷临界压力下,当环境温度为丁烷临界温度3倍时,液滴表面状态几乎在着火的同时实现了亚临界向超临界状态的迁移.环境温度低于3倍丁烷临界温度时,液滴会在迁移前着火,并借助火焰产生的热量完成迁移过程;当环境温度高于3倍丁烷临界温度时迁移时间短于着火延迟,液滴不利用燃烧产生的热量而依靠自周围高温介质传来的热量提高自身温度,进而完成迁移过程.此外,随着环境温度的升高,着火延迟时间和迁移时刻均逐渐变短.     

悬浮纳米颗粒对液体燃料着火点的影响

通过热平板着火实验对含有纳米悬浮颗粒的液体燃料的着火现象进行了研究。对酒精中添加不同体积分数的碳纳米管（CNT,管径40nm）、四氧化三铁以及氧化铝（直径20nm）纳米颗粒的热平板着火特性进行了研究。实验中液体燃料加入纳米颗粒后,在相同热平板温度下的着火概率明显提高,其提高的幅度主要受纳米颗粒的大小、形状以及体积分数的影响,而与纳米颗粒的材质无关。进一步的理论分析表明,着火概率提高的原因是由于液滴在高温平板表面发生剧烈的Leidenfrost相变,纳米颗粒在相变界面堆积从而改变了面附近液体的沸点。     

水基纳米流体在铜丝平板热管中的应用

对使用三种水基纳米流体作为工质的铜丝平板热管的传热特性进行了实验研究.使用的纳米流体分别是平均粒径20 nm的Cu纳米颗粒、平均粒径50 nm的Cu纳米颗粒和平均粒径50 nm的CuO纳米颗粒的水基悬浮液(简称水基20 nm Cu、50 nm Cu、50 nm CuO纳米流体),着重分析了纳米流体种类,纳米颗粒质量分数、运行温度或工作压力对热管传热特性的影响.研究结果表明,使用纳米流体作为工质可以显著提高热管的传热特性;在不同运行温度条件下,不同的纳米流体均在质量分数1.0％时具有最佳传热效果;纳米流体是一种适用于铜丝平板热管的新型工质.     

柴油在O_2/CO_2氛围下燃烧特性模拟和试验

为研究柴油在O_2/CO_2氛围下的着火特性,提出了柴油表征燃料(正庚烷)在65%O_2/35%CO_2氛围下的着火延迟时间模型.该模型考虑到了O_2和CO_2对燃烧反应速率的影响,得到了温度和着火延迟时间的关系,推导出了着火延迟时间的计算公式,运用稳定状态法对正庚烷的基元反应进行缩减,计算了正庚烷在空气和65%O_2/35%CO_2氛围下的着火延迟时间;搭建了定容燃烧弹可视化试验系统,对柴油在空气和65%O_2/35%CO_2氛围下的着火过程进行了可视化研究;对试验所得的着火延迟时间、火焰浮起长度和燃烧压力变化进行了比较分析.结果表明:该着火延迟时间模型可以很好地模拟柴油在65%O_2/35%CO_2氛围下的着火过程,柴油在此氛围下的着火延迟时间变化非常明显,比在空气氛围下缩短了50%;柴油在此氛围下的火焰浮起长度短于在空气氛围中的;喷油压力的改变会对柴油的着火延迟时间及定容燃烧弹内的最大燃烧压力产生影响.     

对冲扩散火焰中单颗粒煤着火瞬态模型

建立了适用于分析对冲扩散火焰中单个煤粉颗粒穿焰过程的瞬态模型,考虑了流场、温度场及组分浓度分布对单颗粒煤的运动、升温及着火特性的影响.结果表明,计算条件下煤粉颗粒最大升温速率均超过1×105,K/s.煤颗粒在穿焰过程中的着火温度随粒径增长单调递减,同时着火延迟时间先增长后趋缓.在火焰面后发生均相着火的煤颗粒其着火延迟时间随粒径变化很小,可能是因为进入高浓度氧化性气氛使得析出的挥发分迅速着火.     

不同湍流强度下液雾燃烧的直接数值模拟

采用欧拉方法求解气相场,采用拉格朗日方法跟踪液滴颗粒,对液雾燃烧进行了直接数值模拟研究.分析了不同湍流强度下液雾燃烧的液滴蒸发特性和燃烧特性.发现在低混合分数区域,液滴蒸发速率约等于零.当混合分数大于夹层内平均混合分数的时候,液滴蒸发速率随混合分数线性增加.液雾燃烧的着火时间与相同条件下气体混合物的着火时间相比会更长.湍流在混合分数空间中抑制了液体燃料的蒸发,但是能够加强燃料和氧化剂的混合,从而进一步促进化学反应的进行.     

CuO-ZnO混合纳米流体导热系数影响分析

采用"两步法"制备了质量分数分别为1.0%,2.0%,3.0%,5.0%的CuO-ZnO混合纳米流体,制备过程中不添加分散剂。混合纳米流体选用乙二醇与去离子水作为基液,二者质量比(φv=EG:DW)分别为20:80,40:60,50:50,60:40和80:20,CuO与ZnO的质量比为温度范围从25℃到60℃,研究了不同比例基液、温度和质量分数对纳米流体导热系数的影响。结果表明:导热系数随混合纳米流体质量分数和温度的升高而增大。在温度为60℃时,质量分数为5.0%,基液比例φv为20:80的混合纳米流体导热系数增幅最大为26.1%。混合纳米流体的导热系数随乙二醇比例的增加而降低。实验还发现混合纳米流体导热系数与基液比例呈线性关系。     

十六烷值改进剂对航空煤油着火的影响

研究了2-乙基己基硝酸酯、乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、草酸二丁酯和硬脂酸甲酯5种十六烷值改进剂对国产3号(RP-3)航空煤油喷射着火特性和衍生十六烷值的影响．在改变环境温度的条件下,测试和计算了燃料喷雾燃烧过程中的压力和放热率,并基于燃油喷雾着火过程的着火延迟和燃烧延迟等指标评估其着火趋势．结果表明：5种十六烷值改进剂的添加都可以提升RP-3航空煤油的低温反应活性,使压力上升过程和放热过程提前,缩短燃油喷雾的着火延迟和燃烧延迟,促进燃料着火,但随着初始环境温度的升高,各改进剂对于燃料着火的促进作用逐渐减弱;在5种十六烷值改进剂中,2-乙基己基硝酸酯效果最好,少量添加即可显著提高RP-3航空煤油的着火倾向,其他4种改进剂的效果相近且较为有限,需在目前试验的基础上大幅提高添加比例才可达到理想效果．在不考虑环境因素的前提下,2-乙基己基硝酸酯是RP-3航空煤油十六烷值改进剂的理想选择,当其添加质量分数为0.4%时,混合燃料的衍生十六烷值与柴油相当．     

亚/超临界压力下碳氢燃料液滴的燃烧特性

建立了一个适用于超临界压力下包括能够正确描述跨临界迁移现象的液滴燃烧模型,提出了跨临界迁移时刻液滴表面处燃料质量流束有限的新观点.利用开发的计算模型,以碳氢燃料液滴自燃着火为研究对象,研究了亚临界和超临界压力下单液滴的燃烧特性,并从传热传质过程出发,阐明了跨临界迁移前、后液滴燃烧过程的热质输运机理及物理控制因素.结果表明:在亚临界压力下,液滴燃烧不会发生跨临界迁移现象,燃烧过程始终受燃料在液滴表面处相变的控制,液滴的燃烧速度取决于传热过程,并且液滴温度受该压力下燃料沸点的限制而增长缓慢.而在超临界压力下,液滴着火之后很快发生跨临界迁移现象,此后燃料向燃烧反应区域的扩散不存在相变,液滴的燃烧速度取决于传质过程,并且液滴温度不再受燃料沸点的限制而持续升高.     

乙醇-柴油混合燃料燃烧和颗粒尺寸分布

通过台架试验研究了乙醇的添加对柴油机燃烧和排放的影响,尤其对排气中颗粒物尺寸分布进行了深入探讨.结果表明:随着混合燃料中乙醇质量分数的增加,滞燃期增长,燃烧持续期缩短,同时发动机的等效燃油消耗率降低,热效率略有增加;在颗粒物(PM)排放方面,乙醇的添加使得积聚态颗粒数量减少,核态颗粒数量明显增加,尺寸分布的峰值向小粒径方向移动;颗粒的总数量浓度呈上升趋势,但颗粒物的总质量浓度减少.此外,乙醇的添加会增加氮氧化物(NO_x)排放.     

单颗粒煤粉着火特性的数值分析

建立了模拟静止的单颗粒煤粉着火燃烧过程的气相和固相耦合的质量、组分和能量守恒方程组,采用不同脱挥发分模型研究了不同热力氛围下单颗粒煤粉的着火延迟时间和着火模式等特性．基于热力着火理论的煤粉异相着火和均相着火判据,确定了不同热力氛围下煤粉颗粒发生着火模式转变的临界参数．结果表明,采用化学渗透脱挥发分(CPD)模型预报的煤粉着火延迟时间比双挥发反应模型更加准确．在21%的氧气体积分数下,环境温度为1 500 K时,煤粉着火模式发生转变的临界粒径为150μm;环境温度为1 100 K时,其临界粒径为300μm.     

柴油含水乙醇乳化燃料物性及喷雾燃烧特性研究

试验使用不同配比的柴油含水乙醇乳化燃料,对其理化、喷雾和燃烧特性进行了研究。随着柴油含水乙醇乳化燃料中含水乙醇含量的增加,乳化燃料的密度和运动黏度上升,表面张力略微下降,初始蒸馏温度下降,含氧量升高,十六烷值和低热值降低。试验使用定容燃烧弹,在常温高压和高温高压环境下,对乳化燃料非蒸发喷雾、蒸发喷雾及喷雾燃烧的特性进行了测试。研究结果表明:随着乳化燃料中含水乙醇比例升高,非蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角变化不大;蒸发喷雾贯穿距和喷雾锥角略微减小,但无明显规律,而蒸发喷雾中液相贯穿距离明显增加;燃烧火焰自发光亮度逐渐降低,表征碳烟生成量逐渐减少;在900K环境温度、21%氧体积分数条件下着火滞燃期变化不大。     

高掺比ABE/柴油混合燃料的喷雾与燃烧特性

针对丙酮-丁醇-乙醇(ABE)/柴油混合燃料的喷雾蒸发和燃烧过程展开了试验研究.试验在预燃加热式定容燃烧弹中进行,燃料为体积分数80%的ABE和20%,的柴油混合物,且ABE溶液中丙酮、丁醇、乙醇的体积分数分别为30%,、60%,和10%,.试验过程中燃烧弹内喷雾环境温度分别控制在1,100,K和900,K以代表普通燃烧模式和低温燃烧模式,环境氧体积分数分别控制在21%,、16%,和11%,以对应发动机不同的EGR工况.由高速摄相机配合激光束的使用,拍摄喷雾及其燃烧过程中瞬时喷雾米氏散射和自然火焰发光图像,同时由压力传感器测取喷雾燃烧压力.结果表明:燃料中ABE体积分数较高时,喷雾贯穿距离较小,同时火焰强度显著下降,表明碳烟生成量有减少的巨大潜力;结合低温燃烧,高掺比ABE/柴油混合燃料几乎可实现无碳烟燃烧.因此,高掺比ABE/柴油混合燃料被认为是可直接应用于柴油机并降低碳烟排放的一种潜在替代燃料.     

一次氧化剂O_2体积分数对富氧燃烧煤粉着火距离影响的数值模拟

对40kW同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟,研究了在总体O2体积分数和氧化剂过量系数一定的条件下,不同一次氧化剂O2体积分数对同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响,分析了低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性.结果表明:在总体O2体积分数为40%和氧化剂过量系数为1.15的条件下,当一次氧化剂O2体积分数为20.9%时,着火距离较小,为附着火焰;当一次氧化剂O2体积分数减小至14.6%、10.0%和5.5%时,着火距离明显增大,着火延迟,为分离火焰;适当提高二次氧化剂预热温度有利于低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧的煤粉着火及火焰稳定.     

褐煤煤粉火焰着火的稳定性

着火稳定性现今对大容量蒸汽机组的基本要求是: ——增大调节范围,降低最低负荷线; ——燃烧含灰量不断增大的燃料。对此,为了保证固体燃料及时着火和稳定燃烧,常用油助燃。着火的稳定性是煤粉燃烧要求的基本条件。当火焰接近燃烧器口、着火前沿保持在稳定的位置和所有运行条件都尽可能只出现微小的变化时,煤粉火焰是稳定的。