正庚烷均质压燃燃烧反应化学动力学数值模拟研究

应用零维详细化学反应动力学模型，对正庚烷均质压燃燃烧反应的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究，分析了在内燃机边界条件下影响其燃烧反应的关键基元反应、关键中间产物以及自由基。结果表明，正庚烷的燃烧过程由高温反应和低温反应两个阶段组成，高温反应阶段又可以分为蓝焰反应和热焰反应两个阶段。正庚烷氧化反应首先经过脱氢反应，第一次加氧异构化后的第二次加氧是低温反应的必经途径，其产物的两次分解是低温反应阶段OH自由基的主要来源；蓝焰反应阶段主要是甲醛氧化成CO的过程，H2O2的热分解是控制该阶段反应最重要的基元反应，也是OH自由基的主要来源；热焰反应主要是CO氧化成CO的过程；CO的生成途径是：低温反应生成的甲醛(CH2O)脱氢生成HCO，HCO氧化生成CO，OH是CO氧化为CO2和正庚烷脱氢反应最重要的自由基。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃过程详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅰ)--二甲基醚反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型对二甲基醚均质压燃燃烧反应机理进行了数值模拟研究。结果表明二甲基醚放热反应为典型的双阶段放热反应，经历低温反应、负温度系数区域和高温反应三个过程．高温反应又分为蓝焰和热焰两个阶段。二甲基醚自燃着火由过氧化氢(H2O2)分解所控制，甲醛(CH2O)是过氧化氢的主要来源。基于化学敏感性分析．得到了均质压燃二甲基醚反应的主要途径：首先是二甲基醚脱氢，经过两次加氧后得到甲醛基；然后生成甲酸基(HCO)；最后生成一氧化碳(CO)。在二甲基醚的氧化反应过程中，氢氧根(OH)发挥着重要的作用，它是二甲基醚脱氢反应和CO氧化过程中的主要自由基。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅱ)--二甲基醚/天然气反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型研究了二甲基醚／天然气双燃料均质压燃燃烧反应机理。结果表明由于两种燃料相互作用，DME低温反应进行程度很小，没有第二次加氧过程，β-scission起主导作用，大部分甲醛由CH3O生成，而不是DME的低温反应；H2O2主要由DME控制，H2O2浓度升高促进了天然气的低温反应进行；另一方面，天然气低温反应放热也促进了DME的氧化反应，OH浓度升高，使CO能够全部氧化。计算结果表明，在压缩比较高的条件下，天然气浓度变化对DME稀燃极限几乎没有影响，但压缩比较低时，随着天然气浓度升高，DME稀燃极限浓度升高。     

柴油机燃烧多环芳香烃前驱体等物质的化学动力学研究

为了揭示混合气浓度对柴油机排放的影响规律,采用正庚烷氧化详细反应机理及化学动力学分析软件对不同燃空当量比下柴油机燃烧初级碳烟粒子前驱体等重要反应中间产物或自由基的形成及发展历程进行了数值模拟．模拟结果表明,降低混合气浓度可以实现低温燃烧,使燃烧温度远离“碳烟形成温度窗”,大幅度降低柴油机碳烟排放．混合气浓度对反应中间产物或自由基有重要影响,通过改变混合气浓度可以控制燃烧过程中多环芳香烃(PAH)前体物乙炔(C2H2)、炔丙基(C3H3)及其他重要物质羟基(OH)、过氧羟自由基(HO2)、过氧化氢(H2O2)、甲醛(CH2O)和一氧化碳(CO)等的生成量,从而实现控制柴油机排放．     

汽油均质压燃燃烧的自由离子生成机理研究

将Warnatz离子生成机理耦合到异辛烷详细化学反应动力学模型中,研究了汽油均质压燃(HCCI)燃烧中H3O+、CHO+、e等离子或CH、O自由基的生成过程.采用了化学反应路径分析的方法研究了自由离子的生成过程.基于一台改造的双缸汽油机,试验研究了不同进气温度下,汽油HCCI燃烧的离子电流信号特性,并基于上述方法,对不...     

汽油压燃发动机中燃烧化学动力学特性的模拟

利用PRF70掺混燃料作为汽油表征燃料进行仿真研究,将三维计算软件CONVERGE和Chemkin结合,研究了汽油压燃燃烧反应过程的主要放热反应并对其进行了相关的化学反应路径分析。结果表明:在汽油压燃燃烧反应过程中,不同反应对总放热率的贡献不同,由HCO+O_2CO+HO_2、CH2O+OHHCO+H2O、CH2CCH2OH+O_2CH2OH+CO+CH2O是燃料燃烧过程中对放热贡献最大的3个反应,其放出的热量远大于其他反应;汽油压燃燃烧反应过程中参与夺氢反应的自由基主要有4种,分别是HO_2、OH、H、O,在不同曲轴转角处上述4种自由基参与夺氢反应的重要性不同,HO_2夺氢反应所占比例始终领先其他3种,H、O参与的夺氢反应所占比例随曲轴转角的增加而增加,相应的OH参与夺氢反应所占比例减少;汽油压燃燃烧反应过程中,随着曲轴转角的变化,缸内温度升高,异辛烷发生高温裂解的比例增加。     

分解炉内贫氧高CO2燃烧条件下挥发分NO生成机理

基于GRI3.0详细动力学反应机理数据库,采用生成速率分析方法,从化学反应动力学角度分析水泥分解炉内煤粉挥发分贫氧燃烧时低温、高浓度CO2条件下挥发分NO生成机理及挥发分中HCN转化生成NO的主要转化路径.分析结果表明,煤粉在过量空气系数为0.8的贫氧燃烧条件下,分解炉内高浓度CO2气氛会促进NO生成,增大NO的排放浓度;850～950℃温度范围内,CO2体积分数为0%～35%条件下挥发分NO生成的主要机理反应式为N+O2(→)NO+O、HNO+H(→)H2+NO和N+CO2(→)NO+CO;高体积分数CO2通过推进反应FINO+H(→)H2+NO和N+CO2(→)NO+CO促进NO生成;其中HNO是NO生成过程中最重要的活性含氮中间产物,对NO生成起主要的贡献作用;HCN氧化生成NO的主要反应路径为HCN先转化生成NHi,再进一步转化生成HNO活性含氮中间体,最终生成NO.     

掺氢天然气充量均质压燃发动机燃烧和排放特性的数值模拟研究

为研究掺氢对天然气充量均质压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）发动机的燃烧及排放特性的影响,基于化学反应动力学软件包CHEMKIN中的零维模型模拟天然气HCCI发动机在掺氢比为0%~40%时的燃烧过程及排放,并对其进行数值分析。结果表明：掺入氢气后缸内温度和放热率先略下降后上升而缸内压力变化不明显,着火时刻随掺氢比增加不断提前,CO和CO₂的生成浓度降低而NO的生成浓度上升。掺入氢气为体系提供大量H,使链分支和链传递反应加快,HO₂和OH生成速度加快,造成着火时刻提前。NO的总生成速率随掺氢比增加而加快。     

正庚烷HCCI燃烧过程的数值模拟及试验研究

结合详细化学动力学机理,运用最新的CHEMKIN—Ⅳ化学动力学软件包中的IC enginc模块模拟了正庚烷的HCCI燃烧过程。并在一台高速四缸柴油机上进行了单缸正庚烷HCCI燃烧试验。分别从理论和试验上研究了正庚烷的HCCI燃烧过程以及各种参数变化对燃烧过程的影响,研究表明：正庚炕燃烧过程由低温反应和高温反应两阶段组成,NC7KET裂解生成OH是低温阶段最重要的反应,高温阶段着火是由H2O2裂解所触发的,低温阶段着火对高温阶段着火起着关键作用;各种参数的变化会导致燃烧过程的显著变化。     

掺杂H2和CO2对二甲醚燃烧的耦合化学作用研究

对掺杂H2和CO2的二甲醚预混火焰进行研究,分析H2和CO2的化学效应对二甲醚燃烧火焰温度、主要产物、中间产物和自由基的耦合影响。结果表明,在10%H2条件下,CO2浓度越高,其化学效应对温度下降,二甲醚消耗,乙炔、甲醛、乙醛及H生成的抑制作用越强,对O、OH生成的促进作用也越强;H2的化学效应对温度升高和二甲醚燃烧的促进作用随CO2浓度升高而增强,对H生成的促进作用随CO2浓度升高而减弱,对O、OH、乙炔、甲醛及乙醛生成的促进作用与CO2浓度无关。     

添加剂对甲醇均质充量压燃燃烧的影响

采用零维详细化学动力学模型,模拟了分别加入H2O2、CH2O两种添加剂的甲醇HCCl燃烧,分析了这两种添加剂对甲醇燃烧的影响.结果表明:H2O2、CH2O在缸内分解产生OH活性基,提高了OH的浓度,甲醇着火时刻提前,并且提高了缸内的压力和温度峰值.同时,CH2O能提高平均指示压力,H2O2通过控制着火时刻来影响平均指示压力的大小.     

CO2稀释对甲烷-高温空气扩散燃烧及NO生成特性影响的化学动力学分析

基于GRI-Mech 3.0详细化学反应机理,利用OPPDIF Code研究了CO2稀释比、预热温度及拉伸率对甲烷-高温空气层流对冲扩散火焰温度、热释放率、组分摩尔分数及NO生成特性的影响.研究结果表明,CO2稀释助燃空气能有效降低火焰中H、O及OH等基团摩尔分数,抑制燃烧过程链传播及链引发反应,从而减缓CH4氧化速率.随着助燃空气中CO2稀释比的增加,火焰最高温度逐渐降低,主氧化区及第二氧化区放热峰值变小,燃烧反应高温区变窄,NO生成指数E显著降低.当稀释比大于20%时,热力型NO随助燃空气温度升高规律并不明显.随着CO2稀释比的增加,快速型NO对NO生成量影响逐渐增强,成为高CO2稀释比下甲烷-高温空气扩散燃烧NO生成的主要路径.     

掺氢对生物燃气燃烧的影响研究

为了研究掺氢对生物燃气燃烧特性的内在影响规律,本文开展了生物燃气掺氢层流燃烧的实验和CHEMKIN仿真研究。实验结果表明,当量比一定时,火焰燃烧速度随着掺氢比的增大而增大;大当量比情况下,随着掺氢比的增大,燃烧速度的增大尤为明显。仿真结果表明,掺氢后H和OH的摩尔分数变化较大。利用反应产物生成速率（ROP）分析法对掺氢燃烧过程的化学反应路径进行分析发现,由于H2浓度对基元反应O + H2 = H + OH及OH + H2 = H + H2O的影响显著,导致后续关键基元反应中H和OH的生成和消耗情况发生变化,特别是掺氢浓度较大时,将造成H的大量增加,同时OH也有一定增加,从而导致预混燃烧速度的显著增大。     

铂基催化剂快速部分催化氧化甲烷的研究

以Al2O3为载体,采用浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂,通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况,研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件(反应气体预混合温度、N2体积比例、CH4/O2比)对反应物的转化率及产物选择性的影响.研究发现,催化剂床层温度的上升可以促进CH4的转化,使H2和CO的选择性升高且H2与C...     

生物柴油同分异构替代燃料丁酸甲酯和丙酸乙酯预混燃烧对比研究

在CO2/O2/Ar气氛下对生物柴油两种同分异构替代燃料丁酸甲酯和丙酸乙酯的预混燃烧（当量比为0.8）进行了对比研究,重点分析了生物柴油替代燃料的同分异构化对燃烧主要产物、稳定中间产物以及自由基的影响,同时揭示CO2对两种同分异构替代燃料燃烧的化学作用,给出了潜在典型污染物的生成趋势和规律。结果表明,CO2的加入对两种燃料中重要的烟黑前驱物C2H2和C3H3具有抑制作用。CO2的稀释和热作用对C2H2生成的抑制作用在丙酸乙酯火焰中更加显著,而对C3H3的抑制作用在丁酸甲酯火焰中更加明显,并且CO2的化学作用可进一步加强对两种火焰中C2H2和C3H3生成的抑制。同时,CO2的存在可有效降低两种燃料非常规污染物醛酮类产物的浓度,其中CH2O和CH3CHO的浓度在丙酸乙酯火焰中的减小更为显著。两种火焰中抑制CH2O生成的主要作用是CO2的稀释和热作用,而CO2的化学作用则是抑制CH3CHO生成的主导作用。由产物消耗速率分析得知,对丁酸甲酯消耗影响最大的化学反应是脱氢反应MB+H=H2+MB2J,而对丙酸乙酯消耗影响最大的则是分解反应EP=C2H5COOH+C2H4。     

NOx formation and reduction mechanisms in staged O2/CO2 combustion

The purpose of this study was to investigate the NO_x formation and reduction mechanisms in staged O₂/CO₂ combustion and in air combustion. A flat CH₄ flame doped with NH₃ for fuel-N was formed over the honeycomb, and NO_x formation characteristics were investigated. In addition, chemiluminescence of OH^* distribution was measured, and CHEMKIN-PRO was used to investigate the detailed NO_x reduction mechanism. In general, the NO_x conversion ratio decreases with decreasing primary O₂/CH₄ ratio, whereas NH₃ and HCN, which are easily converted to NO_x in the presence of O₂, increases rapidly. Therefore, a suitable primary O₂/CH₄ ratio exists in the staged combustion. Our experiments showed the primary O₂/CH₄ ratio, which gave the minimum fixed nitrogen compounds in O₂/CO₂ combustion, was lower than in air combustion. The NO_x conversion ratio in O₂/CO₂ combustion was lower than in air combustion by 40% in suitable staged combustion. This could be explained by high CO₂ concentrations in the O₂/CO₂ combustion. It was shown that abundant OH radicals were formed in O₂/CO₂ combustion through the CO₂ + H → CO + OH, experimentally and numerically. OH radicals produced H and O radicals through H₂ + OH → H + H₂O and O₂ + H → OH + O, because a mass of hydrogen source exists in the CH₄ flame. O and OH radicals formed in the fuel-rich region enhanced the oxidation of NH₃ and HCN. NO_x formed by the oxidation of NH₃ and HCN was converted to N₂ because the oxidation occurred in the fuel-rich region where the NO_x reduction effect was high. In fact, the oxidation of NH₃ and HCN in the fuel-rich region was preferable to remaining NH₃ and HCN before secondary O₂ injection in the staged combustion. A significant reduction in NO_x emission could be achieved by staged combustion in O₂/CO₂ combustion.