层流预混火焰传播特性概述

理论研究层流预混火焰的传播可以更好地理解燃烧过程 ,为实际应用时有效地控制燃烧过程提供理论依据。本文对层流预混火焰特性及层流火焰传播速度进行归纳 ,对有化学反应和可压缩的层流边界层进行简单的理论分析 ,介绍了层流火焰传播的火焰焰锋结构及与层流火焰传播速度有关的预混气体物理化学参数的关系。     

含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

甲烷/乙烷/空气预混火焰层流燃烧速度与火焰稳定性的数值研究(英文)

A numerical study on premixed methane/ethylene/air flames with various ethylene fractions and equivalence ratios was conducted at room temperature and atmospheric pressure. The effects of ethylene addition on laminar burning velocity, flame structure and flame stability under the condition of lean burning were investigated. The results show that the laminar burning velocity increases with ethylene fraction, especially at a large equivalence ratio. More ethylene addition gives rise to higher concentrations of H, O and OH radicals in the flame, which significantly promotes chemical reactions, and a linear correlation exists between the laminar burning velocity and the maximum H + OH concentration in the reaction zone. With the increase of ethylene fraction, the adiabatic flame temperature is raised, while the inner layer temperature becomes lower, contributing to the enhancement of combustion. Markstein length and Markstein number, representative of the flame stability, increase as more ethylene is added, indicating the tendency of flame stability to improve with ethylene addition.     

加压、升温对正十二烷/空气火焰层流燃烧特性的影响

化石燃料的燃烧是当今社会主要的能源供给形式,但随着化石能源的消耗殆尽,发展新型替代燃料已刻不容缓。正十二烷(n-C₁₂H₂₆)是航空煤油的重要组成成分之一,也是多种航空煤油替代燃料的重要组成。本工作采用CHEMKIN/PREMIX数值模拟研究了正十二烷/空气火焰的层流燃烧特性,为发展航空煤油替代燃料提供一定的理论参考。实验的初始温度设置为400,403,423和470 K,初始压力设置为0.1,0.2,0.3,0.5,1.0 MPa,当量比设置为0.6～1.6。本研究主要聚焦火焰的传播燃烧特性、温度敏感性分析和中间自由基的分布情况,探究了正十二烷/空气火焰的层流燃烧速度、绝热火焰温度、净热释放率和中间自由基生成速率随初始温度和压力的变化规律。结果表明,层流燃烧速度的模拟值对其他研究者的实验值预测良好,与其他模型的预测趋势保持一致。绝热火焰温度在化学计量比附近达到峰值。温度敏感性分析表明,与其他碳氢燃料相似,在正十二烷氧化过程中引起火焰温度升高促进放热的最敏感反应为R1 ■。通过对中间自由基的生成速率及摩尔分数分布规律的研究,验证了正十二烷燃烧...     

煤焦燃烧生成NO的特性研究

对小屯煤焦中氮的存在形态进行了X射线光电子能谱(XPS)分析。并对小屯煤焦在模拟分解炉中NO释放特性进行了实验研究,考察了气氛、温度、生料对焦炭氮释放特性的影响。研究结果表明:小屯煤焦中氮主要以吡咯五元环形式存在;氧气体积分数对NO的生成速率有明显影响;在无生料催化下,生成量基本随温度的升高而加大,但是,当生料存在时,生成量随温度的升高而减少;生料的加入大大加速了NO的生成速率和生成量,表明生料对NO生成有显著的催化作用。焦炭氮转化为NO的几率主要由2个互相竞争的反应决定:包括N的氧化反应和NO的还原反应。     

水蒸气对oxy-coal燃烧中NO生成的影响

为了研究H₂O对燃料N向NO转化各个阶段的影响,采用可沿程取样的沉降炉反应器,研究了一种烟煤在1273 K温度下,O₂/N₂、O₂/CO₂以及O₂/CO₂/H₂O气氛下燃烧的燃尽与NO生成的情况.并通过在停留时间为0.2、0.3、0.5、1.1 s与O₂浓度为5%、21%及30%情况下的实验来研究H₂O对NO生成的影响.实验结果表明,相对于O₂/CO₂气氛,H₂O的添加抑制了NO的生成,且该影响主要集中在燃烧初期挥发分N的氧化过程.随着O₂浓度的增加,H₂O添加对oxy-coal燃烧方式下NO生成影响加大.     

带压环境中CO2/H2O/N2气体稀释对合成气层流火焰速度的影响

合成气稀释燃烧是燃气轮机高效低污染燃烧的重要运行方式。本文以CO₂、H₂O和N₂为稀释气体,利用数值模拟方法研究稀释比对不同压力下合成气（CO/H₂/CH₄）层流火焰速度（S_L）的影响规律,并从自由基浓度变化、敏感性数值和生成速率（rate of production,ROP）三个方面解析三种气体的物理和化学作用机理。结果表明,S_L随燃烧压力和稀释比的增大而不断减小,其中CO₂对层流火焰速度的抑制最为显著。稀释气体的物理效应对层流火焰速度的影响远大于化学效应,但CO₂和H₂O的化学效应不能忽略。化学效应则是通过改变H和OH自由基浓度影响S_L,其中CO₂稀释降低H和OH自由基浓度,H₂O稀释则是降低H自由基浓度,从而降低合成气的层流火焰速度。进一步反应动力学分析发现了H/OH浓度变化在低压、加压下的主要化学反应路径,且受H₂O稀释的化学反应速率对压力较CO₂更为敏感。     

正庚烷/甲醇二元燃料层流火焰特性的数值模拟

利用PREMIX程序对预混层流正庚烷/甲醇一维自由传播火焰进行了数值模拟。计算了不同初始压力、初始温度以及不同甲醇掺混比例下正庚烷/甲醇二元燃料的层流火焰速率。研究表明:正庚烷/甲醇二元燃料的层流火焰速率随初始压力的升高而减小,随初始温度的升高而增大,随甲醇掺混比例的升高而增大,但增幅较小。研究对关键组分进行进一步分析,从化学反应动力学角度揭示了层流火焰速率变化的原因。     

生物质燃烧NO生成的影响因素实验研究

以稻壳、木屑、甘蔗渣和秸秆等4种典型生物质颗粒为研究对象,在自主设计的十字形管式炉内,研究了燃料种类、温度、氧量和气氛因素对NO生成的影响.实验结果表明:燃料含N量越高,NO生成总量亦越高,最高可达0.9848 mg·g-1,而此时燃料N向NO的转化率是下降的,仅为7.18％;NO生成总量随着温度升高而升高,但不同生物...     

模拟分解炉中煤焦燃烧生成NO的特性

对国内水泥行业中几种煤焦在模拟的分解炉中NO生成特性进行了研究,考察了煤种、温度、生料对焦炭氮的释放特性的影响,探讨了焦炭氮在工业分解炉中的释放机理.研究结果表明,不同煤种的NO生成特性有较大的不同;温度对NO的生成特性也有明显的影响,基本随温度的升高而加大,但有时也有下降现象;生料的加入大大加速了NO的生成速率和转化率,表明生料对NO生成有显著的催化作用.工业分解炉中产生的NO主要来源于燃料NO,焦炭氮转化为NO的概率主要有两个互相竞争的反应决定：包括N的氧化反应和NO的还原反应.     

High-Temperature Combustion Synthesis: Generation of Electromagnetic Radiation and the Effect of External Electromagnetic Fields (Review)

A critical review of recent papers on mechanisms of generation of internal electromagnetic fields and the action of external electromagnetic fields on self-propagating high-temperature synthesis of heterogeneous systems is presented. Generation of an internal electromagnetic field is caused by different rates of diffusion of charged defects through the layer of the growing product in strongly nonequilibrium reactions. Possible emergence of residual magnetic fields is related to orientation of magnetic domains in the arising internal thermal and electromagnetic fields of the synthesis wave. The external electromagnetic action is characterized by thermal, magneto- and electrodynamic, and kinetic factors. The thermal factor is caused by the Joule effect, whereas the electro- and magnetodynamic influence is caused by electromigration, magnetic compression and changes in electrical conductivity of the condensed phase, and ion wind in the gas in pores. The kinetic factor is caused by generation of superequilibrium charge carriers in condensed particles (defects) and by emission of high-energy electrons into the gas surrounding the particles. __________ Translated from Fizika Goreniya i Vzryva, Vol. 41, No. 6, pp. 34–53, November–December, 2005.     

钾盐对发射药静态燃烧烟焰性能的影响

为研究钾盐对发射药静态燃烧烟焰性能的影响,以含钾盐的发射药样品为对象,采用单幅放大彩色摄影法、微热电偶测温法以及双光路透射率系统,研究了硫酸钾(K2SO4)、硝酸钾(KNO3)、新型有机钾盐(DK、HK、LK、JK和PK)等对发射药燃烧时的火焰形貌、火焰峰温、烟雾可见光透光率的影响。结果表明,无机钾盐K2SO4对发射药静态燃烧火焰大小和峰温的抑制效果最好,但会使发射药静态燃烧时的烟雾可见光透过率大大降低;高氧含量的新型有机钾盐DK、HK及LK对发射药静态燃烧火焰大小和峰温有较好的抑制效果,并且含新型有机钾盐的发射药静态燃烧时的烟雾可见光透过率较高,3种含高氧含量钾盐(LK、DK和HK)的发射药的烟雾可见光透过率均大于50%;钾盐的粒径从104μm减小到5μm时,消焰效果得到提高,但烟雾可见光透过率的变化规律并不一致。     

预混富氧燃烧火焰特性的实验研究

对预混富氧燃烧的火焰特性进行实验研究,结果表明:富氧浓度在21%～30%的范围内变化时,随着氧含量的增加,燃烧反应速率和火焰传播速度逐渐增加,进而引起燃烧区的缩小和温度梯度的增加。并且火焰高温区逐渐缩小,最高火焰温度逐渐增高,并且最高温度点向烧嘴口方向移动。     

高压下H2/CO稀释剂对乙烷/空气层流扩散火焰中碳烟形成的影响

采用CoFlame程序模拟研究了高压下H₂/CO稀释剂对乙烷/空气层流扩散火焰中碳烟形成的影响。结果表明:H₂和CO添加之后,火焰温度均略有增加,且碳烟体积分数随着H₂/CO稀释比的增加而降低。H₂的添加使得碳烟表面生长区域的H自由基浓度增加,减少了初始碳烟颗粒成核及表面生长的活性位点数,导致脱氢加乙炔(HACA)反应中氢提取速率减缓以及碳烟颗粒表面生长速率减缓。CO的添加使得苯(A1)和芘(A4)摩尔分数减少,减缓了碳烟成核速率,导致碳烟的生成受到抑制。     

交变电磁场对PFS溶解液电导率的影响研究

电磁场变化具有改变PFS(聚合硫酸铁)溶解液电导率的特性.通过交变电磁实验证明:常温条件下,聚合硫酸铁溶解液的电导率在电压为0～220 V、电流为0～1.2A、频率为0～400 Hz、磁化时间为0～180 s范围内均呈现“V”字形变化,其最佳参数为电压100 V、电流0.7A、频率150 Hz、磁化时间60s;由正交试验分析可得,4个因素影响PFS溶解液电导率的主次顺序为:磁化时间＞频率＞电压＞电流.经交变电磁场磁化处理的PFS溶解液的电导率值比常规电导率值提高了14％,稳定性提高了1倍.     

电磁场对形成MgO-C质耐火材料MgO致密层的影响

采用碳含量为6%（质量分数）的MgO–C质耐火材料和CaO与SiO2质量比为0.87的钢渣,分别在中频感应炉和电阻炉中氩气气氛下进行抗渣侵蚀实验,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对抗渣样品渣线界面层进行分析。结果表明：在电磁场环境中,MgO–C质耐火材料界面层没有发生Mg（g）氧化反应,因此未形成MgO致密层;...     

电磁场对聚合硫酸铁水解聚合物形态分布及其混凝性能的影响

为了提高聚合硫酸铁的混凝性能,增强对污水的去除能力.利用自制交流变频磁化装置,对聚合硫酸铁溶液进行磁化处理,以铁盐水解形态Feb为指标,交流变频电磁场的频率、电压、电流及磁化时间为实验因素,对电磁场作用下的聚合硫酸铁溶液进行形态分析,并与非磁化的PFS溶液进行对比;以高炉煤气洗涤水为实验水样,通过混凝试验对比聚合硫酸铁溶液磁化前后的出水浊度及COD值.研究结果表明:电磁场作用下的聚合硫酸铁溶液的形态分布发生了变化,与非磁化相比,Feb百分比含量增加了1倍,Fec百分比含量减少了1/3,且当频率为300 Hz、电压为100 V、电流为0.8A、磁化时间为2 min时Feb的百分比含量达到最大;电磁场能明显提高聚合硫酸铁的混凝性能,与非磁化的聚合硫酸铁溶液相比出水浊度与COD值降为原来的一半,投药量节省了1倍.     

Synergistic Effect of PVDF-Coated PCL-TCP Scaffolds and Pulsed Electromagnetic Field on Osteogenesis

Bone exhibits piezoelectric properties. Thus, electrical stimulations such as pulsed electromagnetic fields (PEMFs) and stimuli-responsive piezoelectric properties of scaffolds have been investigated separately to evaluate their efficacy in supporting osteogenesis. However, current understanding of cells responding under the combined influence of PEMF and piezoelectric properties in scaffolds is still lacking. Therefore, in this study, we fabricated piezoelectric scaffolds by functionalization of polycaprolactone-tricalcium phosphate (PCL-TCP) films with a polyvinylidene fluoride (PVDF) coating that is self-polarized by a modified breath-figure technique. The osteoinductive properties of these PVDF-coated PCL-TCP films on MC3T3-E1 cells were studied under the stimulation of PEMF. Piezoelectric and ferroelectric characterization demonstrated that scaffolds with piezoelectric coefficient d₃₃ = −1.2 pC/N were obtained at a powder dissolution temperature of 100 °C and coating relative humidity (RH) of 56%. DNA quantification showed that cell proliferation was significantly enhanced by PEMF as low as 0.6 mT and 50 Hz. Hydroxyapatite staining showed that cell mineralization was significantly enhanced by incorporation of PVDF coating. Gene expression study showed that the combination of PEMF and PVDF coating promoted late osteogenic gene expression marker most significantly. Collectively, our results suggest that the synergistic effects of PEMF and piezoelectric scaffolds on osteogenesis provide a promising alternative strategy for electrically augmented osteoinduction. The piezoelectric response of PVDF by PEMF, which could provide mechanical strain, is particularly interesting as it could deliver local mechanical stimulation to osteogenic cells using PEMF.