活性组分对丙烷燃烧影响的数值研究

等离子体助燃是一项能有效缩短点火延迟时间、提高燃烧效率和燃烧稳定性的新技术,可应用于航空发动机和汽车内燃机。为研究非平衡等离子体对丙烷燃烧的强化作用,建立了化学动力学模型,计算分析了非平衡等离子体中所含活性组分对丙烷燃烧的点火延迟时间和层流火焰传播速度的影响。计算结果表明:在丙烷/氧气/氩气预混气体中加入活性粒子(O、OH、NO)和自由基(CH2、CH3),混合气体的点火延迟时间减小2～3个量级,加入1%NO后,燃烧过程中活性中间体(O、OH、CH、CH2、CH3)的摩尔浓度会明显增加;化学当量比φ=0.8～1.0范围内的丙烷/空气预混气体燃烧时,加入自由基CH或CH3能增强层流火焰传播速度,在φ=0.8～1.2范围内,加入1%的活性粒子O、OH,火焰传播速度明显提高。     

封闭空间瓦斯爆炸过程的反应动力学分析

为了获取瓦斯爆炸过程中反应动力学参数,通过修改化学动力学计算软件CHEMKINIII中的SENKIN程序包,采用甲烷燃烧的化学动力学详细反应机理(包括16种组分、41个反应),建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型.利用该模型对瓦斯爆炸过程中温度、压力及反应物浓度的变化趋势进行了模拟分析,同时通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步.结果表明:瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2800K,0.24MPa左右;促进瓦斯爆炸的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+HO2=CH3+H2O2;促进CO与CO2生成的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+O2=CH3+HO2,CH4+HO2=CH3+H2O2,CH3+HO2=CH3O+OH,H+O2=OH+O.     

N2/超细水雾抑制甲烷爆炸点火和火焰传播特性

为了提高细水雾的抑爆效果,采用定容燃烧弹和点火能精密控制仪,通过改变N₂/超细水雾浓度,研究了单一抑制剂和两者共同作用对甲烷/空气爆炸最小点火能、火焰传播行为及不稳定性的影响,并采用化学动力学软件对其抑爆机理进行了探讨.结果表明：加入N₂/超细水雾后,甲烷/空气预混气最小点火能显著增大,爆炸超压和最大压升速率降低,压力峰值来临时间和火焰形成时间延长,火焰明显上浮,火焰胞格数量减少,马克斯坦长度增加,降低火焰传播速度的能力显著提高,说明N₂/超细水雾共同作用时能更好地抑制甲烷/空气爆炸初期火焰不稳定性,对火焰传播的抑制效果优于单一抑制剂,有效预防火焰加速甚至爆轰.N₂/超细水雾可以有效降低H·,O·,·OH等活泼自由基的生成速率峰值和摩尔分数,温度敏感性系数绝对值大幅度降低,说明二者共同作用时能有效降低预混气的爆炸敏感性和爆炸强度,有效抑制甲烷/空气预混气的点燃与爆炸链式反应的进行.     

模拟沼气预混层流燃烧特性的试验研究

在定容燃烧弹上采用高速纹影系统对模拟沼气预混层流火焰的燃烧特性进行研究。模拟沼气为甲烷含量70%～75%和二氧化碳含量25%～30%的混合气。对不同成分的模拟沼气和纯甲烷的燃烧速度及燃烧压力进行了对比分析。研究结果表明,沼气中较高含量的二氧化碳对燃烧有强烈的抑制作用,使沼气的燃烧速度与纯甲烷相比有所下降,并且随着成分中二氧化碳含量的增加,整个燃烧过程延长。     

多元混合气体对CH4爆炸影响的反应动力学模拟

为深入研究多元混合气体对CH4爆炸的影响和作用机理,选取C2 H6,C2 H4,CO,H2典型可燃气体,采用CHEMKIN软件构建零维封闭均相反应器模型,研究其对CH4爆炸反应过程的影响,模拟分析以CO为主导的混合气体对CH4最大爆炸压力、最大爆炸温度和爆炸过程中关键自由基(H,O,OH)的影响,同时对H+OH自由基最大体积分数变化规律进行分析,并与理论当量状态下各单一气体对CH4爆炸过程的影响规律作对比.结果表明:混合气体的添加对CH4最大爆炸压力和最大爆炸温度有明显促进作用;爆炸过程中H自由基最大体积分数持续增加,O和OH自由基最大体积分数变化与CH4体积分数有关;多元混合气体对CH4的最大爆炸压力和最大爆炸温度影响与单一H2或CO对其影响规律相似,对关键自由基(H,O,OH)的影响规律与CO更为接近.通过敏感性分析获得了影响CH4爆炸过程的关键反应.     

乙醇均质压燃燃烧的化学反应动力学模拟

应用0-D单区模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇均质压燃燃烧反应化学动力学进行了数值模拟研究。分析了乙醇氧化消耗的主要途径及乙醇的燃烧反应机理中的关键中间产物和重要的基元反应,并总结出了乙醇总体氧化流程。研究结果表明:在乙醇氧化消耗的主要途径中,C2H5OH+OH→产物占主导,单个基元反应中以R145 C2H5OH+OH=CH3CH2O+H2O为主,其次为R144 C2H5OH+OH=CH3CHOH+H2O。乙醇氧化经裂解反应、脱氢反应最终形成支链反应,乙氧基C2H5O的三种同分异构体在链分支中决定了链分支的进行方向。     

多孔介质内预混合燃烧的二维数值模拟

为了研究预混气在多孔介质内过滤燃烧特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷/空气预混气在堆积床内燃烧的二维双温模型。给出了当量比、入口速度和小球直径等参数对温度分布的影响,分析了燃烧器内氧化铝小球的蓄热特性。结果表明:火焰面的前缘呈抛物线形状,燃烧波波速在0.1 mm/s数量级;随着当量比增加,波速度减小,燃烧区域范围扩大;随着入口流速增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大;随着氧化铝小球直径增大,火焰面厚度变窄,燃烧波速度增大;氧化铝小球在过滤燃烧中体现出良好的蓄热能力。     

掺氢对高辛烷值燃料燃烧过程的影响

通过耦合纯H₂和高辛烷值标准基础燃料(primary reference fuel,PRF)燃烧机理,在CHEMKIN的Premix子程序上建立并验证了PRF-H₂混合燃料预混层流火焰燃烧模型,并在该模型上就理论当量比条件下,掺氢对高辛烷值燃烧过程的影响进行了计算研究.试验结果表明:H₂能加快PRF-H₂混合燃料火焰的传播,促进PRF-H₂混合燃料中正庚烷和异辛烷的分解;此外,掺入H₂还能增大火焰中H、O和OH自由基的摩尔分数,H自由基摩尔分数的最大值由纯PRF混合燃料火焰时的4×10^-3增大到了掺氢能量分数为60%时的13×10^-3.     

初始温度和初始压力对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹试验系统,研究了不同初始温度、初始压力、甲醇裂解气添加比例和当量比对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧速度和火焰的胞状不稳定性的影响,并在相同工况下进行了甲烷-一氧化碳混合燃料的试验,用以探究一氧化碳在甲醇裂解气中的作用。研究结果表明,甲烷-甲醇裂解气混合燃料的层流燃烧速度随着温度和甲醇裂解气添加比例的升高而增大,随压力的升高而降低;提高初始压力对热扩散不稳定性几乎没有影响,主要是由于火焰厚度减少使流体动力学不稳定性增强,从而导致火焰的胞状不稳定性增强。     

富氧条件下乙醇喷雾燃烧特性的实验研究

利用McKenna型平面火焰燃烧器搭建乙醇喷雾燃烧实验台架,研究富氧条件下乙醇喷雾的燃烧特性.通过数字图像处理技术提取喷雾火焰特征参数和CH*自由基分布特征参数.其中,火焰特征参数包括火焰面积、火焰高度、火焰平均亮度.分析伴流气体O₂浓度、伴流气体CO₂浓度、乙醇与雾化N₂质量流量比对喷雾火焰特性及CH*自由基分布特性的影响.研究表明,在O₂浓度为21%~55%时,随着O₂浓度的增加,火焰高度和火焰面积均呈降低趋势,而火焰平均亮度呈升高趋势.通过对CH*自由基分布特性的分析发现,O₂浓度越高,燃烧反应区域的分布范围越小,反应强度越大.CO₂浓度对喷雾火焰尺寸与火焰平均亮度的影响与O₂浓度的影响相反,并且CO₂浓度对喷雾火焰平均亮度的影响明显大于其对喷雾火焰尺寸的影响.随着乙醇与雾化N₂质量流量比的增加,火焰尺寸及燃烧反应强度均呈显著升高趋势.     

臭氧对甲烷/空气层流火焰传播速度影响规律

为提高气体机稀薄燃烧时的燃烧性能,解决天然气发动机在稀薄燃烧情况下点火能量高以及火焰传播速度慢的问题,利用强氧化性的臭氧对燃料进行改质,进而提高天然气燃烧性能。通过Chemkin软件研究臭氧添加对甲烷层流火焰传播速度的影响,并对臭氧助燃的化学机理进行数值分析。试验结果表明:添加臭氧后,层流火焰传播速度增加,在稀薄混合气条件下增加量更明显。在不同温度及压力条件下,掺加臭氧均能增加层流火焰传播速度,最大可增加36%。分析表明:掺加臭氧能明显提升自由基及中间产物的生成量,进而提高甲烷层流火焰传播速度。     

层流预混火焰的数学模型及数值计算

采用复杂化学动力学反应模型,模拟研究了层流预混火焰问题,并给出实验和实际燃烧器中温度场,物质场的分布状况,分析了复杂动力学反应模型对实际燃烧状况的影响,通过此方法,可以准确地描述实验火焰数据,为优化燃烧器的设计提供理论依据。     

大加速度场对流预混火焰影响的理论计算

建立了大加速度场中的层流预混火焰的一维模型,并应用改进的克莱法就加速度场对层流预混火焰传播速度及火焰面结构的影响以丙烷和空气的预混气为例进行了理论计算通过分析计算讨论了加速度对火焰传播速度,火焰面和密度分布及化学反应速度的影响及产生原因,为大加速度 场中的燃烧试验提供了一定的理论指导。     

Experimental investigation on microstructure behavior of premixed methane-air flame-flow interaction in a semi-vented chamber

To explore the premixed methane-air flame microstructure behavior and the flame-flow interaction,the premixed methane/air flame was studied in a semi-vented chamber.A high speed camera and schlieren images methods were used to record the processes of interaction between rarefaction wave and flame.Meanwhile,a pressure sensor was utilized to catch the pressure variation in the process of flame propagation.The experiment results showed that the interference of rarefaction wave on flame caused the flame front structure change,which led to the flame transition from laminar to turbulent quickly.The rarefaction wave intervened in the flame by turning the flame front surface into dentiform structure.The violent turbulent combustion began to appear in part of the flame front and spreaded to the whole flame front surface.The rarefaction also decreased the flame propagation speed.     

Au-NiO/TiO2催化剂上甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢的比较研究

研究了共沉淀法制备Au—NiO／TiO2甲醇制氢催化剂,考察了甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢反应条件如反应温度、氧（或水）醇比等对甲醇转化率、氢气产率和二氧化碳选择性的影响。研究结果表明：对于甲醇自热重整反应,当温度为200℃,进料空速（WHSV）为3．42h^-1,n（O2）：n（CH3OH）=0．30时,催化剂活性最好;对于甲醇水蒸汽重整反应,最佳反应条件为：反应温度275℃,n（H2O）：n（CH3OH）=1．0,液体进料空速为3．42h。     

Study of the mechanisms of the flame propagation and stabilization in porous media

The CH4/air premixed gas combustion processes in porous media were numerically studied using the two-temperature reacting fluid model with dispersions and detailed chemical reaction mechanism GRI 3.0. The mechanisms of the propagation and stabilization of submerge flames and surface flames in porous media were illuminated distinctly by considering the magnitude of the terms in the two energy equations, analyzing the sensibility of flame propagation speed to flame location, heat exchange coefficient between gas and solid, thermal conductivity and radiative extinction coefficient of porous media. It was concluded that the propagation mechanism of a submerged flame is similar to that of a free flame with an additional preheat zone and that the surface-flame propagation mechanism in porous media is similar to that of a free flame with heat loss in reaction zone. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50376060)     

多温下KCl＋CsCl＋C2H5OH/CH3OH＋H2O四元体系的相平衡研究

文章研究了多温下KCl＋CsCl＋C2H5OH/CH3OH＋H2O四元体系的相行为。结果表明,对于KCl＋CsCl＋C2H5OH＋H2O四元体系,随着温度的升高,体系分层的范围逐渐增大;而KCl＋CsCl＋CH3OH＋H2O体系在实验温度范围内没有出现分层现象,只是随着醇含量的增加,氯化钾和氯化铯的含量逐渐减少。