微小定容腔内喷射正丁烷/空气着火与燃烧特性

利用微小定容腔着火及燃烧试验平台,开展了喷射进气时正丁烷/空气的热着火与燃烧特性研究.结果表明:火焰在热丝表面形成后向外传播,传播过程中火焰呈现强烈褶皱状,后期表现为多点着火;高热丝温度下,当量比为0.9～1.5时出现"着火—熄火—再着火"的现象.着火时间随热丝温度增加而缩短,缩短程度和当量比有关;低热丝温度下,着火时间随当量比增大而延长,高热丝温度下,着火时间随当量比增大先缩短后延长,这是预混气加热和化学反应影响程度不同所致.在接近贫/富燃极限工况时,热丝温度对燃烧中最大压力差Δpmax的影响不明显,其他条件下,随温度和当量比增大,Δpmax均先增大后减小.     

稀释合成气微混合燃料喷射燃烧火焰特性研究

研究了耦合CO2稀释和微混合燃料喷射燃烧的火焰特性.结果表明:耦合CO2稀释和微混合燃料喷射燃烧是一种降低合成气扩散火焰NOx生成量的有效途径;实验范围内排放的NOx质量浓度一般低于2mg/m3,排放的CO质量浓度低于10mg/m3,排放的CO质量浓度随火焰热功率的增大而降低;燃烧器出口温度、壁面温度和喷嘴出口温度等均随火焰热功率的增大而升高.     

低浓度甲烷稀土催化燃烧实验研究

制备了碳化硅蜂窝陶瓷载体稀土催化剂,对甲烷进行稀土催化燃烧实验研究。实验测量了催化燃烧温度和尾气组分,并对催化燃烧反应的甲烷转化率进行计算和分析。实验结果表明：在200～400℃甲烷转化率在92％左右,在500～800℃甲烷转化率达到99％以上,而且尾气中的CO,NOx和HC含量非常低。     

柴油微尺度燃烧模型构建及燃烧特性影响规律研究

基于CONVERGE三维计算平台构建了耦合柴油化学反应动力学的微尺度燃烧模型,分别研究了初始环境压力、初始环境温度和狭缝间距对燃烧特性的影响。结果表明：初始环境压力越大,初始环境温度越小,狭缝间距越大,瞬时放热率峰值越高且对应时刻越早,最高燃烧温度越高。燃烧前近稳态压力决定是否可以实现微尺度燃烧,燃烧前近稳态压力高于0.69 MPa时方可实现燃烧。     

微燃烧器内甲烷催化燃烧的数值模拟

联合使用CFD软件、FLUENT和化学反应动力学软件DETCHEM对甲烷—空气混合物在有逆流换热的微燃烧器内的催化燃烧进行了数值模拟。计算中只考虑了甲烷在催化表面上的反应。燃料一空气混合物的当量比为0．4,燃烧器外壁面分剐采用等温边界条件和与环境的对流换热边界条件,并比较了这两种边界条件对可燃混合气燃烧的影响。计算结果表明,催化燃烧可以实现常规方法无法实现的甲烷低温、高效转变。     

氢气微尺度催化燃烧的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及当量比Φ和预混合气体入口速度对催化燃烧反应的影响。计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;当量比Φ对氢气的催化燃烧过程有重要影响;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;表面催化反应对空间气相反应的影响能被分成3种类型。计算结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据。     

微通道内预混氢/空气催化燃烧的实验研究

在304不锈钢微通道和铂催化微通道内进行氢气-空气的燃烧实验,分析了有/无催化条件下,进气流速对微通道内燃烧特性的影响,并测量了通道出口的排气温度.实验结果表明,有/无催化微通道外壁面中心线温度均随进气流速的增加而逐渐升高,但无催化微通道外壁面中心线温度最高点一直保持在通道入口附近,而催化微通道外壁面中心线最高温度点向...     

氢气微尺度催化燃烧过程的数值模拟

通过耦合计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN,并运用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行了数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及表面催化反应对空间气相反应的影响。计算结果表明：OH浓度的高低可用来判断微型管道内是否发生表面催化反应。由于壁面的催化作用,空间气相反应发生的难度增加,即表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;表面催化反应对空间气相反应的影响能被分成三种类型。计算结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据。     

微尺度条件下反复熄燃火焰特性的实验研究

在可视化微尺度燃烧实验台上进行甲烷和氧气的燃烧试验,利用高速数码照相机捕捉到了火焰面在微通道内的传播过程,测试分析了不同进气流量下反复熄燃火焰的可燃极限、火焰传播速度和火焰间隔时间,获得了反复熄燃火焰(Flames with repetitive extinction and ignition, FREI)的燃烧特性。结果表明,随着甲烷进气流速的增加,可以形成FREI火焰的氧气进气流速范围也在扩大;在甲烷进气流速一定的情况下,随着氧气进气流速的增加,火焰的传播速度也逐渐增加,并且火焰重复点燃的间隔时间呈现先变大后逐渐变小的规律,即火焰重复点燃的频率先变慢后又逐渐变快直至火焰熄灭。     

烷烃催化燃烧的数值模拟

对甲烷、乙烷在表面涂有催化剂的微元管内的催化燃烧进行了模拟．讨论了微元管入口速度、直径、入口温度以及混合气中甲烷与氧气的摩尔比对甲烷催化燃烧特性的影响;分析了单体式蜂窝块中甲烷的着火温度及单个微元管中气体温度、主要气相组分与表面组分的质量分数的变化趋势．分析了不同混合气及不同混合气摩尔比下乙烷的催化燃烧特性,数值模拟结果与实验结果基本一致;提出了碳原子数为3或大于3的烷烃催化反应简化机理的建立方法．为在内燃机中实现催化燃烧以降低氮氧化合物、未燃碳氢化合物及一氧化碳的排放,及扩展燃烧极限提供了理论依据．     

甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟

用详细化学反应机理研究了微型直通道中甲烷／空气预混气体在镀Pt热壁上的催化燃烧问题．联合使用计算流体力学软件FLUENT和可以计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHEM,对微型直通道中当量比在0．01～10．0范围之间的甲烷/空气预混气体的催化燃烧进行了数值模拟．计算结果表明,在微尺度催化燃烧中当量比和温度对甲烷催化转化率、转化速度有重要的影响．     

氢气/空气预混合微尺度催化燃烧

通过耦合专用软件FLUENT和CHEMKIN并采用空间气相和表面催化详细化学反应机理,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行数值模拟,讨论了不同反应模型的燃烧特性以及预混合气体入口速度和管径对催化燃烧反应的影响.计算结果表明,表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;入口速度和管径对氢气的催化燃烧过程有重要的影响,在入口速度较小时,燃烧主要是空间气相化学反应,随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素,在入口速度较大时,燃烧主要是表面催化燃烧过程;随着管径的减小,微型管道内反应的最高温度降低.此结果为在微型动力系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.     

甲烷在整体式Co基催化剂上的燃烧性能

以Ce0.25Zr0.50Mn0.25O2(OSM)和YSZ—Al2O3(Y2O3，ZrO2稳定的γ—Al2O3)为载体，制备了Co／OSM和Co／YSZ—Al2O3整体式催化剂，以及不同Co／OSM：Co／YSZ—Al2O3比例的Co／OSM Co／YSZ-Al2O3整体式催化剂．研究了上述催化剂的甲烷催化燃烧性能，并利用XRD和H2-TPR对催化剂进行了表征．XRD结果表明，在OSM和YSZ-Al2O3上Co均以高分散形式存在．H2-TPR结果表明，Co／OSM Co／YSZ-Al2O3样品的可还原性随着Co／OSM含量的增加而提高，表现出可调节的还原性能．Co／OSM的甲烷燃烧催化活性高于Co／YSZ—Al2O3，Co／OSM Co／YSZ—Al2O3表现出协同作用和高活性．     

旋流预混燃烧室燃烧特性研究

以某型燃烧室为研究对象,采用RANS(Reynolds average navier-stokes)和LES(large eddy simulation)两种方法进行数值模拟,并对两种数值方法的模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,RANS的计算结果能够反应燃烧场中的主要流场特征,具有一定的工程意义。LES能够复现弱轴向流动区等具体的流场细节,对剪切层位置和强度模拟较准确,还能模拟火焰动态发展过程,捕捉燃烧流场动态特性。与RANS相比,在燃烧流场数值仿真方面,LES占据更明显的优势。经计算,该工况下进动涡核由三个相对独立的螺旋涡分支组成,在燃烧室激起周期性速度脉动和压力脉动,LES捕捉到进动涡核主频率为156 Hz。     

两种喷管中心间距下微阵列火焰场燃烧特性数值研究

构建了处于无限阵列中管径为1.5 mm的3 × 3喷管微阵列火焰模型,采用甲烷简化机理,分别对喷管中心间距为2 mm和4 mm的微阵列火焰场燃烧特性进行数值研究。结果表明,在相同输入工况下,随着管中心间距的减小,喷管火焰间的相互影响增强,燃烧反应区域变长,最高温度增大;同时,计算区域出口CO排放增加、燃烧效率下降。喷管中心间距2 mm和4 mm两种工况下,距离管口5 mm后的区域温度都开始均匀分布,为研究温度均匀的微阵列火焰加热器提供了设计依据。     

掺氢对微尺度空间内预混层流火焰转捩爆燃特性的影响

针对基于燃烧的微小型动力装置存在燃烧效率低、火焰传播速度慢的问题,设计了一个可视化的、特征间距仅为0.45 mm的微尺度定容燃烧室,实验比较了0～1的掺氢比例下,丙烷/氢气/空气预混火焰在该燃烧室内的传播以及加速过程.实验发现没有掺氢时,丙烷/空气预混火焰需要在0.25 MPa初始压力下才能够传播;当掺氢比例为0.2时...     

天然气预混催化燃烧的特性

制备了1%(质量比)Pd/Al_2O_3陶瓷蜂窝催化剂,并用钡、镧、铈等氧化物对其进行改性,然后负载在堇青石载体上,并进行天然气预混催化燃烧实验。研究了空燃比、功率对催化燃烧尾气排放的影响,结果表明,催化燃烧温度在500～900℃时,空燃比、气体流速都会对催化燃烧效果产生影响;当空燃比在8.3～19时,可实现稳定催化燃烧;空燃比在11～19时催化燃烧效果较好,尾气中CO几乎为零,HC低于10~(-5),NO_x低于5×10~(-6)。