无声放电场作用下产生OH自由基的实验研究

用一种无声放电方法，使反应器中Ｎ２－Ｈ２Ｏ介质在高频高压电场作用下产生ＯＨ，以促进燃烧反应，抑制碳烟生成，并开发一种追踪化学反应的分子物理测量手段，用共振吸收光谱法测定ＯＨ浓度。     

无声放电场中OH自由基发生及其氧化碳烟的动力学模拟

在实验研究声声放电作用于Ｎ２－Ｈ２Ｏ简单介质而发生ＯＨ自由基，并给出基本定量结果的基础上，建立电子碰撞模型和单元反应方程组，模拟无声放电场中ＯＨ自由基发生及其氧化碳烟的动力学过程，计算结果与实验数据相吻合。确认ＯＨ自由基在碳烟氧化过程中的关键作用和对其进行动力学模拟的可行性。     

基于稳态等温反应的碳烟燃烧活化能计算

在固定床反应器上进行4种温度下的碳烟等温燃烧反应,计算碳烟燃烧速率,当温度升高至420℃时,燃烧速率增为0.266μmol.min-1;采用近似方法将等温碳烟燃烧动力学方程简化成线性方程,对所得燃烧速率作线性回归分析,结果得到碳烟燃烧表观活化能Ea为128.9 kJ.mol-1,接近文献报道值,表明稳态等温氧化反应可用于碳烟燃烧动力学分析。     

柴油-甲醇组合燃烧碳烟排放模型

采用柴油-甲醇组合燃烧模式可以大幅度降低柴油机碳烟排放．由于组合燃烧模式碳烟排放机理与传统柴油机不同,因此对采用组合燃烧的柴油机进行性能预测,需要建立新的碳烟排放模型．在试验研究的基础上对广安博之的两步碳烟排放模型进行修正,提出了一个新的碳烟生成模型．该模型考虑到了甲醇对碳烟生成的影响．模拟结果与试验结果对比分析表明,该模型计算结果与实测结果一致性良好,能够用来预测柴油一甲醇组合燃烧发动机的碳烟排放．     

正十二烷喷雾火焰中碳烟的瞬态生成特性

针对压燃式发动机中碳烟演化过程难以被实验准确捕捉的问题,研究了高温高压环境中正十二烷喷雾燃烧焰中碳烟瞬态生成特性及动力学行为,在实验方面,应用消光辐射联合技术以及燃烧成像测速技术,同步获得高温高压环境中单孔喷油器正十二烷喷雾燃烧火焰中的碳烟体积分数、碳烟温度和碳烟速度场的瞬态分布;数值计算方面,基于OpenFOAM环境,发展欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量湍流燃烧模型的耦合模型,喷雾燃烧过程的数值计算结果与实验数据有高度的一致性。研究结果表明：相比于参考工况,低喷油压力工况火焰浮起长度更短,碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间更长,推动了碳烟的生成,碳烟峰值质量增加了80%;高温环境工况碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间没有明显差异,但更短的火焰浮起长度使得燃料在更高的当量比开始燃烧,导致其碳烟峰值质量增加了88%;富氧工况的燃烧温度最高,碳烟粒子运动速度增大,使得碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间明显减少,同时火焰内部当量比较小,因而碳烟峰值质量减少了42%。     

重力场作用下三种不同燃料液滴在垂直电场中的燃烧特性

该文选取丙醇、癸烷、柴油为实验液滴燃料,通过利用高速摄像机对液滴燃烧时火焰和粒径的实时测量,以及激光诱导白炽光(LII)对碳烟体积分数的测量方法,研究了重力场作用下液滴在垂直电场中的燃烧特性。研究结果表明:三种燃料火焰高度均随极板间电压的增加而增加,火焰宽度随极板间电压的增加而减小;丙醇燃烧基本不生成碳烟,癸烷及柴油火焰中碳烟体积分数随极板间电压增加而减少;燃烧速率常数随极板间电压的增加而增加,其中丙醇、癸烷、柴油燃烧速率常数最大增加值分别为9%、20%、30%。分析研究表明:电场对火焰的拉伸有助于抑制碳烟的生成和促进碳烟的氧化,降低了火焰中的碳烟生成量,削弱了碳烟对外的辐射换热,从而促进了燃料的燃烧。     

脉动燃烧抑制乙炔扩散火焰碳烟排放的研究

针对乙炔燃烧高碳烟排放的问题,提出对火焰施加脉动波以抑制碳烟的生成并对抑制效果进行了研究。分析了振幅、频率、喷嘴内径、燃料流量和波形对碳烟抑制效果的影响。结果表明:随着振幅的增大,碳烟生成量明显下降;当施加频率为40 Hz、振幅为0.02 V的脉动波时,碳烟抑制率超过90%;在振幅不变的情况下,碳烟抑制率先随频率的增大而增大,在频率为40 Hz的条件下,抑制率最优,而后随频率的增大开始下降,当频率大于80 Hz时基本上不变;喷嘴内径与碳烟生成量没有明显的相关性;在其他条件不变时,采用相对较小的燃料流量,脉动对碳烟生成的抑制效果更好;在锯齿波、方波、正弦波3种波形中,方波对碳烟生成的抑制效果最好。扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)结果表明,脉动燃烧可以抑制碳烟颗粒的团聚和促进碳烟颗粒的氧化,使其颗粒变小,最终达到抑制碳烟生成的目的。因此,脉动燃烧是一种抑制碳烟生成的有效手段,可为燃烧污染控制提供参考。     

CFD耦合化学动力学模拟EGR对柴油机燃烧的影响

研究了柴油机低速部分负荷工况引入不同EGR对缸内燃烧排放特性的影响.将CHEMKIN-Ⅱ化学反应求解器集成到KIVA 3V Release 2程序中,用正庚烷化学反应机理替代柴油燃烧,建立柴油机缸内燃烧数值模拟模型;结合试验数据,模拟分析喷油时刻保持不变,EGR率(废气再循环)从0%增加到60%的燃烧过程、NOx和碳烟排放.结果表明:引入大比例EGR后点火延迟明显增长,燃烧相位推迟,燃烧温度降低;较低燃烧温度避开了NOx的高浓度生成区,EGR率60%时NOx排放比无EGR时降低93.5%;但高EGR率未使燃烧路径避开碳烟生成区,加之较低的氧浓度不利于碳烟的氧化,碳烟排放增高.     

La0.8K0.2MnO3催化去除NOx和碳烟反应的研究

利用程序升温反应技术(TPR)详细考察了在La0.8K0.2MnO3催化作用下,反应气体流量、反应气中碳烟质量分数和氧体积分数变化对NOx和碳烟氧化还原反应的影响.研究结果表明,反应气体流量越低、碳烟质量分数越高,越有利于反应进行.当流量由100 mL/min减小至40 mL/min时,碳烟的起燃温度和最大燃烧温度会降低大约50℃,NOx转化为N2的最大效率则从9.7%升至19.1%;碳烟质量分数的改变对碳烟的燃烧温度基本没有影响,但NOx转化为N2的效率随着碳烟质量分数的增加而显著增加,碳烟质量分数由3%增至18%时,NOx转化为N2的最大效率从8.4%升至27.3%;氧体积分数改变对催化反应有两方面影响,氧体积分数增加能促进碳烟的燃烧,但对NOx还原有一定程度的抑制作用,当氧体积分数由2%变为5%时,碳烟的起燃温度和最大燃烧温度分别从330℃和405℃降低了30℃,NOx转化为N2的最大效率从14.5%降至11.2%.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

空气等离子体条件下丙烯氧化反应

为研究空气等离子体对丙烯的活化作用,在室温和常压下,采用介质阻挡放电法,考察玻璃反应器材质种类及长度对丙烯转化率、环氧丙烷选择性及其他产物分布的影响.实验结果表明:介质阻挡放电法可转化丙烯和空气直接生成环氧丙烷;玻璃反应器材质种类对丙烯环氧化反应有显著影响;在其他条件不变的情况下,随着反应器长度增加,丙烯转化率迅速增加,环氧丙烷、丙醛和丙烯醛等C3类氧化产物的摩尔分数均降低.     

正脉冲电晕放电SO_2产生的SO(A~3Π→X~3Σ)发射光谱研究

在常温常压下测量了正脉冲电晕放电ＳＯ２产生的ＳＯ发射光谱，该实验为脉冲电晕放电烟气脱硫技术的深入研究提供了实验依据     

介质阻挡放电降解水中微囊藻毒素的研究

微囊藻毒素Microcystin-LR,一种强烈的致癌剂,是蓝藻水华时产生的一种主要的藻毒素.本文研究了多根高压电极介质阻挡放电对该毒素的降解.从实验室培养的铜绿微囊藻中提取微囊藻毒素,经富集、纯化后于反相高效液相色谱对其分析检测.实验研究了峰值电压、频率、曝气量及电导率对介质阻挡放电降解微囊藻毒素的影响.研究表明:微囊藻毒素的去除率随峰值电压、频率、曝气量的增加而增大,但随电导率的增加而减小.     

水蒸气对介质阻挡放电的影响

利用同轴电极放电装置研究了水蒸气对介质阻挡放电(DBD)特性的影响,比较了以纯氩气和伴有水蒸气的氩气作为实验气体时其电学和光学性质的区别.结果表明:当向反应发生器中通入少量水蒸气时,击穿电压明显升高,并且放电电流略有增加;比较2种情况光谱发现离子与原子谱线强度明显增强.     

填充床/沿面复合放电等离子体降解苯的研究

研究填充床/沿面复合放电等离子体反应器,用于对挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)的降解.该反应器以置于石英介质管内的不锈钢弹簧为高压电极,以附着在有机玻璃管内壁的不锈钢网为低压电极,将石英介质管放于有机玻璃管中央,并于石英介质管外与低压电极间填充玻璃珠.采用交流高压电源供电,实现在石英介质管内发生沿面放电,同时在石英介质管外发生填充床放电.含污染物的气体首先通过沿面放电区域,然后经填充床放电区域排出.以苯为目标物,考察了高压电极弹簧外径、玻璃珠尺寸对苯降解的影响,通过引入MnO2/γ-Al2O3催化剂参与反应,进一步提高了苯的去除率.结果表明:在玻璃珠直径6 mm、高压电极弹簧外径12 mm、放电间距12 mm、放电电压27 kV、苯的初始体积分数为0.011 4%的条件下,苯的处理效率高达75%.MnO2负载量为MnO2/γ-Al2O3催化剂质量的10%,并填充于反应器底部,苯的降解率达85%,去除效果提高.     

地沟油生物柴油碳烟微粒排放及肺沉积表面积研究

在柴油机上分别燃烧纯地沟油生物柴油和纯石化柴油在每一负荷工况下运用颗粒物测试系统NanoMet3研究碳烟微粒的排放及肺沉积表面积。结果表明:各工况下,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度均小于石化柴油。小负荷时两种燃料的差距不大;大负荷时,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度远小于石化柴油;但增幅高于石化柴油。地沟油生物柴油碳烟微粒的平均粒径比石化柴油小,其肺沉积表面积小于石化柴油,对人体的危害值低于石化柴油。碳烟微粒肺沉积表面积受到平均粒径和数量浓度的共同作用,其增幅与数量浓度的增幅呈现出相同的变化趋势。     

低温等离子体处理柴油机有害排放试验

根据低温等离子体的产生原理和柴油机有害排放物的生成特点，设计了结构和功能具有实用性的等离子体反应器；通过静态试验研究了介质阻挡放电的放电特性及其影响因素，探讨了低温等离子体的化学反应机理；通过柴油机台架试验对低温等离子体处理柴油机排气中的碳烟和NOx进行了研究．结果表明。选用介电常数较大、厚度较薄的介质材料以及合适的放电间隙容易产生强烈的放电，低温等离子体对碳烟具有较高的去除率，亦可有效减少NO，而NOx总量基本不变．排气在等离子体反应区内的有效滞留时间是影响转化效率的重要因素．     

模块式高温气冷堆中Pu燃烧的物理特性

由于模块式高温气冷堆 (MHTGR)是燃烧 Pu的一种选择 ;Th燃料循环可以限制 Pu的产生和减少高放废物 ,因此研究了在 Th 燃料循环模块式高温气冷堆(PBMHTGR)中燃烧 Pu的物理特性。PBMHTGR初装燃料元件中 Pu的同位素的含量与现行的生产能量堆模块式高温气冷堆 (EPMHTGR)相同 ,考虑反应性的要求 ,加入了2 3 3 U。利用 VSOP程序分析这两个堆的物理特性。结果表明 ,PBMHTGR能够燃烧掉同等功率 6个以上 EPMHTGR产生的 Pu。这表明 ,在 Th燃料循环 MHTGR中 ,燃烧钚是可行的     

乏燃料在加速器驱动的次临界模块式HTGR中的燃烧

环状模块式高温气冷堆 (HTGR)采用包覆颗粒燃料 ,其乏燃料经过一段时间的堆外冷却后 ,可以再利用。研究了 35 0 MW环状模块式 HTGR乏燃料在加速器驱动的次临界堆中燃烧的物理可行性。给出了功率为 30 MW次临界堆概念设计 ,利用 MCNP程序模拟中子在次临界堆内的输运过程 ,利用 ORIGEN2程序进行燃耗计算。结果表明 :加速器驱动的次临界气冷堆具有可靠的次临界度和低的功率密度 ,用于燃烧 35 0 MW环状模块式 HTGR乏燃料 ,从能源利用的角度考虑 ,可以获得约 2 0 %的额外收益