甲烷/乙烷与甲烷/丙烷混合燃料着火特性

利用激波管与CHEMKIN软件研究了不同初始条件下乙烷和丙烷的掺混对甲烷着火延迟时间的影响规律,并从化学动力学角度分析了掺混乙烷和丙烷对甲烷着火延迟时间造成影响的原因。实验与模拟研究表明乙烷和丙烷的掺混会造成甲烷着火延迟时间的大幅度缩短,但随着温度的升高,其对甲烷着火延迟时间的影响逐渐变小。通过敏感性分析发现无论是甲烷/乙烷混合燃料还是甲烷/丙烷混合燃料,对着火促进最大的基元反应都是H+O_2=O+OH(R1),在甲烷/乙烷和甲烷/丙烷混合燃料的着火反应中对着火抑制最大的两个基元反应是CH_4+H=CH_3+H_2(R128)和CH_4+OH=CH_3+H_2O(R129)。通过路径分析发现在甲烷/乙烷与甲烷/丙烷混合燃料中,随着混合燃料中乙烷与丙烷比例的增加,甲烷的主要反应路径基本不发生变化,主要影响了CH_3的消耗速率。     

不同工况下汽油蒸气爆炸着火延迟与机理分析

利用激波管,对常压下温度1200~1600 K、体积分数1.0%~2.4%范围内的92号汽油-空气混合气的着火延迟特性进行了实验研究,以探索低压初始环境中油气爆炸的着火延迟规律。分析了着火延迟时间随点火温度和油气浓度的变化规律;得到了不同浓度下汽油着火延迟时间的计算公式;根据实验结果对比分析了七种机理模型的优劣;结合机理中主要组分的产生、消耗速率变化,剖析了浓度影响着火延迟的原因。结果表明,汽油着火延迟时间与点火温度的倒数呈良好的指数关系;同一高温下,浓度越大,油气着火延迟时间越长,原因是高油气浓度下烃分子与H的反应更强,从而抑制H与O₂的反应;在验证的七种机理中,Abhijeet Raj机理在低压下对各油气浓度的着火延迟时间计算精度较高,适宜应用到油气爆炸模拟中。研究为汽油燃烧动力学机理的验证、优化与应用提供了较为准确的数据基础。     

甲烷对煤粉着火的实验研究与模型计算

依据零值边界梯度着火理论,建立煤粉颗粒群与甲烷的混合着火模型。采用该模型对煤粉颗粒群与甲烷混合物在滴管炉中的着火孕育时间实验进行模拟,通过与实验结果的对比,表明该模型计算得到的结果与实验结果符合较好。     

甲烷氧化混合菌群MY9的生长特性

考察了铜离子浓度对甲烷氧化混合菌群MY9(CGMCC No.1893)生长和甲烷单加氧酶活性的影响,并对混合菌群中的非甲烷氧化菌进行了分离鉴定和碳源特异性研究. 结果表明,甲烷氧化混合菌群MY9能利用甲醇、乙醇、丁醇、异丙醇、甘油等多种非甲烷化合物作为生长碳源,且具有耐高Cu2+浓度的生长特性. 从混合菌群中分离的非甲烷氧化菌Acinetobacter junii No.8能分别以4%甲醇、1%乙醇或0.6%二氯甲烷作为唯一生长碳源,适用于高浓度甲醇废水、乙醇废水或含二氯甲烷废水的生物处理.     

铝/正庚烷基纳米流体燃料的着火特性

采用挂滴法研究了纳米铝粉及表面活性剂(油酸)浓度对正庚烷基纳米流体燃料着火特性的影响,用热电偶测量了管式电阻炉内温度为500℃时液滴及其附近的气相温度随时间的变化. 结果表明,随油酸浓度增加,纳米流体燃料的着火温度显著升高;随纳米铝粉浓度增加,纳米流体着火温度明显降低.     

非等温动力学研究煤的着火特性

以乌煤和自洗蒙古煤为原料,采用TG-DTG法,应用非等温动力学方法研究了升温速率和粒径对煤着火特性的影响,并得出两种煤燃烧过程的动力学参数.根据煤燃烧产物释放特性指数R的大小来确定煤的燃烧性能.在实验条件下得出以下结论:1)乌煤在升温速率较低时,挥发分释放特性指数R值大,燃烧特性好,对煤着火有利;而升温速率对自洗蒙古煤的燃烧性能影响不大;2)乌煤:粒径0.2 mm～0.3 mm失重量最大,粒径小于0.15 mm和0.15 mm～0.2 mm失重量基本一致.自洗蒙古煤:粒径0.2 mm～0.3 mm失重量最小,粒径小于0.15 mm失重量和0.15 mm～0.2 mm失重量基本一致;3)通过对两种煤燃烧过程的动力学分析,得出乌煤燃烧过程的活化能高于自洗蒙古煤.     

铝/乙醇基纳米浆体燃料的着火燃烧特性研究

为了明确纳米铝粉从低浓度到高浓度变化对液体碳氢燃料着火燃烧特性的影响,采用液滴悬挂法研究了不同温度下(700~800℃)乙醇液滴和添加不同浓度(2.5wt%, 10wt%, 15wt%和20wt%)纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴的着火燃烧特性。利用高速摄影系统捕捉了液滴整个燃烧过程,分析了其液滴寿命。通过热电偶对液滴附近气相温度的测量,获得了其着火性能参数。结果表明,添加纳米铝粉可以改善乙醇液滴的着火性能。不同铝粉浓度改善效果不同,低浓度时效果较好,着火延迟时间显著缩短,点火温度明显降低。随温度升高,乙醇及添加纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴着火延迟时间及着火温度均明显降低。纳米铝粉(S2)对乙醇(S1)着火延迟时间和液滴寿命的降幅在750℃最大,其降幅分别达42.20%和18.43%。纳米铝粉(S3)着火温度降低,其最大降低幅度也出现在750℃,相对于乙醇(S1)降低幅度达28.57%。一定铝粉浓度范围内,液滴微爆炸程度和微爆炸时长随铝粉浓度升高而增大,但铝粉浓度超过10wt%后趋势变得平稳。     

正丁烷气相着火的骨架反应机理模型

为了研究正丁烷催化着火过程中气相反应与表面反应的相互作用，需要建立一个能够与表面催化反应机理耦合且规模较小的正丁烷着火动力学机理模型。通过反应途径分析和灵敏度分析相结合的方法，构建了包含80个组分和378个基元反应的气相动力学机理。通过与详细机理进行对比，该简化机理在压力1 MPa、计量比1、初始温度700 K条件下燃料和氧气的消耗速率、温度以及主要产物（H2O和CO2）的分布等保持一致。同时，在较宽的压力(0.1、1、2、3 MPa)、计量比（0.5、1、2）和温度（650～1450 K）范围内与详细机理计算的着火延迟时间具有很好的一致性，体现了简化机理的准确性。     

正丁烷气相着火的骨架反应机理模型

为了研究正丁烷催化着火过程中气相反应与表面反应的相互作用,需要建立一个能够与表面催化反应机理耦合且规模较小的正丁烷着火动力学机理模型。通过反应途径分析和灵敏度分析相结合的方法,构建了包含80个组分和378个基元反应的气相动力学机理。通过与详细机理进行对比,该简化机理在压力1 MPa、计量比1、初始温度700 K条件下燃料和氧气的消耗速率、温度以及主要产物（H₂O和CO₂）的分布等保持一致。同时,在较宽的压力（0.1、1、2、3 MPa）、计量比（0.5、1、2）和温度（650～1450 K）范围内与详细机理计算的着火延迟时间具有很好的一致性,体现了简化机理的准确性。     

催化燃烧中表面反应-气相反应间相互作用及其对均质压燃发动机着火特性的影响

通过对微元管中甲烷在铂表面的催化燃烧过程的数值计算,分析了当混合气入口压力很高时气相反应对整个催化燃烧过程的影响;通过敏感度分析,找出了对异相着火及气相着火起主要作用的基元反应步.结果表明,在异相着火过程中起主要作用的基元反应步为甲烷与氧气在催化剂表面的吸附反应及氧气的解吸反应,在气相着火过程中起主要作用的基元反应步为OH·及水的吸附与解吸反应.对活塞顶涂有铂催化剂的均质压燃（HCCI）发动机的燃烧过程进行了数值模拟,分析了催化效应及关键表面反应基元步对HCCI发动机着火时刻以及燃烧过程中中间组分的影响,结果表明,催化反应能促进混合气的着火,缩短着火延迟时间,对HCCI发动机着火时刻起主要影响的表面反应为OH·及水的吸附与解吸反应.     

二甲醚在低到中温的着火延迟特性

在上止点温度656～814 K,上止点压力1.2～3.5 MPa,当量比（φ）0.83～1.25实验条件下,利用快速压缩机（RCM）研究了上止点压力和燃料浓度对二甲醚着火延迟期的影响及二甲醚三阶段燃烧现象。利用CHEMKIN-PRO软件在更宽广温度范围内对混合气着火延迟进行了同等条件下的模拟计算及反应动力学分析。结果表明：随着上止点压力及燃料浓度的增加,第1阶段着火延迟期均略有缩短,总着火延迟期明显缩短;二甲醚总着火延迟期存在明显的负温度系数（NTC）现象,且在较低上止点压力和燃料浓度下NTC现象更加明显;在稀燃条件下（φ=0.83）二甲醚混合气出现低温放热和高温两阶段放热的三阶段放热现象,其高温第1阶段放热主要由CH₂O生成大量CO引起,高温第2阶段放热主要由生成燃烧最终产物CO₂和H₂O引起。     

Ignition characteristics of liquid hydrocarbon fuels as single droplets

An investigation into the effects of fuel boiling point and chemical type on the autoignition of single droplets of a number of pure hydrocarbons is reported. Ignition delay times were measured using the suspended droplet technique, and a numerical model was developed to extract reaction rate constants for the fuels. The results show that both fuel boiling point and chemical kinetics are important contributors to the ignition delay.     

带延迟点火部件的发射药点火性能试验研究

为了更好地研究发射药的点火性能,在基于密闭爆发器原理的点火性能测试装置基础上增加了一个延迟点火部件,构建了一个新型点火性能模拟试验装置,根据该装置建立了简单的火药分层点火过程模型,模拟并对比了高能太根-18/1、双芳-3-18/1及NR11-18/1三种发射药的点火性能。结果表明,NR11-18/1发射药较易点火,双芳-3-18/1发射药最难点火,点火时间分别为19和45ms。增加延迟点火部件后,可将点火药的燃烧和发射药的燃烧阶段有效区分,不仅有利于对比点火性能差异较小的发射药之间的区别,还有助于分析发射药低压段的燃烧速度。随着延迟点火部件长度的增加,点火时间也增长。     

丁羟复合推进剂的辐射点火

采用CO2激光点火装置,对丁羟复合推进剂的点火过程进行了实验研究,利用描述固体推进剂物化现象的一维传热模型对复合推进剂的辐射点火特性进行了理论分析。通过最小二乘法拟合实验数据得到了丁羟复合推进剂的点火准则。结果表明,丁羟复合推进剂的点火过程主要包括惰性加热及气相点火过程,惰性加热时间和点火延迟时间随热流密度的增大而减小,且随着热流密度的增大,热流密度的影响逐渐降低。固相传热数学模型能够比较准确地描述复合推进剂的辐射点火特性。     

铝颗粒点火数值模拟

分析了准稳态铝颗粒在高温氧化剂中由于传热和表面的化学反应导致升温-熔化-升温-点火的过程，建立了铝颗粒点火模型，并对点火过程进行数值模拟。计算结果给出了对流传热、辐射传热、熔化热和异相表面反应热等对点火的影响。研究结果表明在点火过程中，铝的氧化在颗粒温度达到一定温度（T〉1000K）时才比较明显；点火时铝单质质量分数随环境温度的升高而略有增加，与颗粒尺寸无关；点火延时随着环境温度升高和颗粒半径的减小而缩短。     

点火位置对氢气/甲烷/空气预混气体爆燃特性的影响

为研究不同点火位置下氢气/甲烷/空气预混气体的爆燃特性，改变点火位置IP和氢气添加比例φ，在100 mm×100 mm×1000 mm方形透明管道实验平台上开展爆燃实验。实验结果表明：火焰结构向泄爆端和封闭端传播时受点火位置和氢气添加比例的控制，当火焰向泄爆端传播时，郁金香火焰的形成因素由IP主导，当火焰向封闭端传播时，IP及φ共同作用于郁金香火焰的形成；IP和φ对火焰前锋演化的作用模式可以分为3类；当混合气体中φ小于0.25时，氢气添加对火焰传播速度的影响不明显；当φ不超过0.75时，仅当IP位于管道中后部时，超压出现周期性振荡，且点火位置距泄爆端越近，振荡时间越长；当为纯氢爆炸时，不同点火位置下压力振荡消失且到达最大压力峰值的时间基本一致；当φ不同时，最大压力峰值随点火位置的变化规律不同。     

Ignition delay times of ethanol-containing multi-component gasoline surrogates: Shock-tube experiments and detailed modeling

Ignition delay times for binary (ethanol/iso-octane, 25%/75% by liquid volume) and quinary (iso-octane/toluene/n-heptane/diisobutylene/ethanol, 30%/25%/22%/13%/10%) gasoline surrogate fuels in air were measured under stoichiometric conditions behind reflected shock waves. The investigated post-shock temperature ranges from 720 to 1220 K at pressures of 10 bar for the binary mixture and 10 bar and 30 bar for the quinary mixture. Ignition delay times were evaluated using side-wall detection of CH* chemiluminescence (λ = 431.5 nm). Multiple regression analysis of the data indicates global activation energy of ∼124 kJ/mol for the binary mixture and ∼101 kJ/mol for the quinary mixture and a pressure dependence exponent of −1.0 was obtained for the quinary mixture. The measurements were compared to predictions using a proposed detailed kinetics model for multicomponent mixtures that is based on the reference fuels (PRF) model as a kernel and incorporates sub-mechanisms to account for the chemistry of ethanol, toluene and diisobutylene. The model was tested using the measured ignition delay times for the surrogate fuels. Additional comparisons are based on literature data for other fuel combinations of the single constituents forming the quinary surrogate to insure that the modified mechanism still correctly predicts the behavior of simple fuels. The proposed model reproduces the trend of the experimental data for all pure fuels and blends investigated in this work, including the pressure dependence.     

推进剂及其组分的光学性质对点火特性的影响

通过实测的NEPE推进剂在多种热流密度下的点火延迟时间，借助于转化系数，计算获得假设忽略深度吸收的点火延迟时间，其相对误差随着热流密度的增加而显著增大，表明推进剂及其组分的光学性质对点火特性的影响是不能忽略的，且这种影响随着热流的增加而增大，因此，建立推进剂点火模型，在高热流辐射时，必须考虑深度吸收，极限吸收率和建立模型，消除其光学性质的影响提供了依据。