激波诱导甲烷点火化学反应区的可视化实验研究

研究激波诱导甲烷/空气混合物点燃的反应区特征, 对于认识其气相爆轰规律有着重要意义. 在激波管平台上, 进行了当量比甲烷/空气混合物的激波点火实验, 并采用化学发光成像和平面激光诱导荧光(PLIF, planar laser induced fluorescence)等方法得到了不同工况下的反应区特征. 结果表明, 由于在弱点燃工况下诱导区的着火延迟期沿激波传播方向的梯度较小, 给非线性化学反应过程提供了更多的时间, 反应特征出现显著的不均匀性; 而随着激波的增强, 这种不均匀性显著减小, 在强点燃工况反应区呈规则的爆轰波结构. 单脉冲PLIF方法测量的OH基相对分布揭示的反应区特征与文中其他方法的测量结果相一致, 并和前人的相关研究结论相符, 为激波管内激波和气相物质相互作用条件下进行高时空分辨率测量提供了新的方法和思路.     

一种新的生物质热分解失重动力学模型

基于对8种中国物质材料非等温热分解的实验结果,建立了描述生物质热解失重过程的“双组分分阶段反应模型”,这种模型相对于通常使用的“单组分全局反应模型”和“多组分全局反应模型”来说具有相当大的优点,利用积分型方法进行动力学分析表明,“双组分分阶段一级反应模型”适用于描述空气气氛下升温速率较低（如10℃/min）时生物质材料的树干和树叶试样的热分解失重动力学。     

麦秆热解机理研究

采用热重法对不同加热速率、氮气气氛条件下的麦秆失重行为进行了研究.研究发现,麦秆失重主要由水分析出、有机物热解和无机物分解等3个阶段组成,其中在无机物分解阶段还伴随有轻微的炭化;此外,随着加热速率增加,有机物分解的初始温度、终了温度、峰值失重速率对应温度等相应增加.利用双外推法推断了麦秆中有机物热解的最概然机理函数,发现麦秆热解可以用二级反应机理进行模化,同时,确定了麦秆热解的活化能、指前因子等反应动力学参数.对利用双外推法得到的模型计算结果与实验结果进行了对比.结果表明,两者之间符合较好,但仍存在一定偏差.对引起偏差的原因进行了分析.     

Swiss-roll燃烧器传热特性的模拟和试验研究

建立了用于处理煤矿通风瓦斯的Swiss-roll燃烧器的二维湍流热平衡模型,求解模型方程得到了换热通道的温度分布,分析了进口流速、通道尺寸、燃烧室直径对传热特性的影响,并通过试验验证模型的合理性.结果表明,在甲烷体积分数为1%时,反应区温度达1346 K;通道宽度对反应区温度的影响最大而进口流速的影响最小;改变进口流速和换热通道尺寸能改善燃烧器的部分性能同时又会不利于另一些性能,在燃烧器的设计中,应根据实际情况,综合考虑温度、流阻、成本等因素来选择合适的参数.     

燃空当量比对液体燃料无焰燃烧影响的研究

以微型燃气轮机为应用背景,设计了基于液雾无焰燃烧的模型燃烧室,以实验为主、数值模拟为辅的手段研究了0#柴油/空气的燃空当量比对模型燃烧室的流场结构、燃烧模式、无焰燃烧范围、燃烧温度及分布和污染物排放的影响.结果表明:燃烧室流场呈现明显的环形回流涡,为高温烟气循环提供了流体动力学基础;燃料喷孔附近的混合情况对整个燃烧模式的转变具有重要影响;该燃烧室工作在无焰燃烧模式的燃空当量比Φ范围为0.25～0.50,无焰状态下燃烧室内温度分布均匀;燃烧室平均温度Tavg和污染排放受到Φ和输入功率的影响,在实验范围内,输入功率相同时,随Φ减小,燃烧室平均温度降低,CO和NOx排放浓度增加,另外,Φ相同时,输入功率越低,Tavg越低,CO排放浓度越大,且输入功率越低CO排放浓度增长越快,NOx受输入功率的影响相对小得多.从实验结果分析,适当提高空气预热温度是增强低燃烧室热密度时的贫燃稳定性、拓展贫燃极限和强化燃烧的有效措施.     

氧气浓度对生物质气着火的影响

对生物质气在高温空气燃烧模式下的着火过程进行了研究.利用CHEMKIN程序的封闭均相反应器模型和GRI-Mech3.0详细反应机理,分析了氧气浓度对生物质气着火过程的影响,并进行了敏感性分析.反应机理的可行性验证表明,可以将GRI-Mech3.0机理用于生物质气的着火过程研究.研究表明,随着氧气浓度减小,生物质气着火延迟时间迅速增加,温度对时间的导数减小,燃烧前后的比容变化减小,燃烧产物中可燃成分含量减小.敏感性分析表明,生物质气中H2成分的相关反应在生物质气着火过程中占据重要地位.特别地,氧气浓度越低,反应H+O2幑幐OH+O在生物质气着火过程中的支配地位越强.     

内置多孔介质Swiss-roll燃烧器的启动和贫燃特性

在常规尺度Swiss-roll燃烧器的中心区填充多孔介质,并对其进行实验研究.通过监测燃烧器的温度和燃烧产物的变化,分析了燃烧器在不同条件下的点火启动过程特性,并得到了燃烧器的贫燃极限.结果表明:相比于在入口处点火,在中心区点火启动时达到充分燃烧的时间更短,多孔介质的温度分布更均匀;多孔介质材料性质和预混气流量对启动特性影响很大;在中心区温度为950～1200K时,可处理1.3%的天然气/空气预混气.说明该燃烧器能显著拓展燃料的贫燃极限,对低热值气体具有良好的适用性.