新型多段式自预热燃烧器设计与数值模拟

设计一种新型的多段式自预热燃烧器,其技术特点是:内部包含高温烟气回流通道,利用高温烟气预热空气与燃料,并在燃烧室内形成强烈的逆流对流换热.使用计算流体力学(CFD)方法对燃烧器内温度场、燃烧室内速度场和温度场进行模拟,计算烟气卷吸率,并对燃烬率进行比较.研究结果表明:使用该燃烧器空气预热效果较好,烟气卷吸率达到6以上,满足高温空气燃烧所需要的前提条件,比使用传统燃烧器燃烧更稳定、充分.     

微通道反应器中使用氢气氧气直接合成双氧水

采用微通道反应器在常温下使用氢气氧气直接合成双氧水,对Pd/AC、Pd/CNF、Pd/Al2O3等3种使用不同载体和制备方式的催化剂的活性进行评价.结果表明,比表面积较高且中孔发达的催化剂,以及未经热处理的催化剂的催化活性更高.另外,在微通道反应器中反应存在诱导期,在诱导期内催化活性随反应时间逐渐上升并达到一个平台,表...     

热风炉自身预热法陶瓷燃烧器的冷态试验研究

针对热风炉陶瓷燃烧器使用不同预热温度的空气与煤气在燃烧过程中的行为做了冷态模拟试验测定，结果表明，自身预热法由于空气预热温度高，燃烧条件变化大，导至火焰变短，并产生较强烈的低频脉动燃烧。在对燃烧器出口做了改进后，可大大降低燃烧脉动，保证了燃烧稳定。     

空气预热对燃烧器能力的影响研究

通过实验分析了预热空气使燃烧器能力下降的机理;找出了几种典型燃烧器的实际燃烧能力下降系数之值,该值与一般设计手册上提供的数据相差甚大,并分析了设计手册上的数据不适用的原因。     

微波瓣燃烧器的燃烧特性

采用三维仿真方法对微波瓣燃烧器、环形圆柱燃烧器的流动及燃烧情况进行了模拟,研究了甲烷与氧气的不同当量比对燃烧器燃烧特性的影响规律.结果表明:微波瓣燃烧器中流向涡的存在及甲烷同氧气混合面积的增加有助于燃料同氧化剂的混合,从而强化燃烧,提高燃烧效率及燃烧温度.此外,虽然微波瓣燃烧器的燃烧温度、燃烧效率在不同当量比下始终高于环形圆柱燃烧器,但随着当量比的减小,两者在相同位置处气体的温差及燃烧效率之差随之减少.     

微环形多孔介质燃烧器的数值研究

MEMS微型机电系统是当今研究的热点课题。但对微尺度燃烧的研究仍不够深入。本文提出微环形多孔介质回热夹层结构燃烧器来强化燃烧,采用氢气和空气的预混气体作为燃料,数值分析微燃烧器60W、80W、100W、120W、140W五种功率不同过量空气系数的工况。得到微燃烧器的燃烧效率,各种状态参数随功率和过量空气系数变化的情况,验证了多孔介质回热夹层的回热作用,为今后进一步优化微燃烧器结构,提高燃烧效率提供了科学依据。     

新世纪的新能源——氢

科学家展望,氢原子将取代碳原子,从而提供一种丰富的、无穷无尽的能源供应,使我们这个星球成为一个比较干净的生存场所。氢作为能源,具有三大优点:一是不污染环境。氢燃烧后既不生成二氧化碳和其它有害气体,也不留下灰烬。二是取之不尽,用之不竭。水是氢的“大仓库”,水可以分解成氢气和氧气,氢气在氧气中燃烧生成水,水又能分解氢气和氧气。三是效     

空气预热对燃烧器能力影响研究

通过实验分析了预热空气使燃烧器能力下降的机理；找出了几种典型燃烧器的实际燃烧能力下降系数之值，该植与一般设计手册上提供的数据相差甚大，并分析了设计手册上的数据不适用的原因。     

微尺度环形燃烧室的燃烧特性

进行了不锈钢环形微燃烧器的氢气预混燃烧实验，发现在2mm间隙的微燃烧室内可以维持稳定燃烧. 测量了微燃烧器的燃烧运行界限，其最大过量空气系数可达到4.5. 获得了微尺度燃烧器的壁面温度场和出口烟气温度随过量空气系数的变化规律，发现微尺度燃烧器的最高温度出现在过量空气系数为0.9附近而不是在化学当量比1处. 计算了微燃烧器外壁面的散热量，微燃烧器的散热量占整个燃烧热功率的50％以上，且辐射换热在整个散热量中占主要部分. 针对这些特点，提出了减小热损失的建议，为微燃烧室和微燃烧/透平发电机的设计提供了科学依据.     

气体在玻璃中渗透的数值模拟

为深入理解环境气体对超高真空电子器件玻璃壳体材料的渗透机理,采用巨正则蒙特卡罗法和分子动力学法对玻璃中的气体溶解、扩散两种渗透行为进行了数值模拟研究,基于原子模拟凝聚相优化分子势力场,计算了两种玻璃结构中氧气、氦气、氢气和水蒸气分子的溶解系数,以及氧气和氢气分子在钠钙玻璃中的扩散、渗透系数和扩散运动轨迹。计算结果表明:与玻璃材料亲和力较大的气体分子溶解系数较高;玻璃中金属离子的存在使玻璃中的孔径变小,从而降低了钠钙玻璃中气体分子的溶解系数;环境温度升高和气体压强增加使气体分子在玻璃中的扩散、渗透系数增加;在扩散过程的大部分时间中,气体分子在某一位置做往复振动,偶尔发生一次跳跃,这导致气体分子逐渐远离初始位置;因为玻璃材料能给体积较小的气体分子提供更多的有效扩散通道,所以H₂比O₂有较高的扩散系数。研究结果可为超高真空电子器件的真空失效机制探究、玻璃壳体的材料优选和结构优化提供一定的理论依据。     

平板式MTPV系统中燃烧若干影响因素的试验

平板式微热光电(MTPV)能源系统采取全新的亚毫米平板式燃烧室取代以往的圆柱式,对应的面容比的增加将提高燃烧室壁面的能量输出,从而提高系统的能量密度.针对石英玻璃材质的平板式燃烧室,改变氢气流量、氢氧混合比以及平行板间夹缝距离等,进行燃烧试验,测试了外壁面和出口的温度,进而分析几种因素的影响规律.结果表明,在一定条件下,亚毫米平板式微燃烧室能克服壁面能量损失激增而带来的着火困难和火焰淬熄等问题,能够实现稳定燃烧.合理选择工况参数,可以提高燃烧室温度和优化温度分布,提升系统工作性能.     

从炉身喷吹预热气体时氧气高炉内冶炼过程的数学模型

建立了氧气高炉从炉身喷吹预热气体时，高炉冶炼过程的一维数学模型，该模型描述了高炉炉型的变化，炉内１３个化学反应，炉墙的热损失，气－固相间的热效换及压力损失，讨论了氧气高炉冶炼的特点。模拟结果表明：随着喷吹预热气体流量增加及温度的升高，炉身上部炉料的温度升高；喷吹预热气体成分的变化，对炉身上部炉料的加热作用不大。     

极板盒式镍－镉蓄电池充电过程中析出气体的研究

容量为１０Ａ·ｈ的ＫＪ－１２型极板盒式镍一镉蓄电池，用２Ａ恒电流充电，过充电时析出氢、氧混合气体的速度为１７．８２ｍｌ／ｍｉｎ。电池在过充电初期，氢与氧含量的比例为非定比，开始析出的混合气体中，氧的含量高于氢的含量。氢与氧相对含量发生急剧变化所需电量，随充电电流的大小而变化。１Ａ恒电流充电时为５．０Ａ·ｈ，２Ａ恒电流充电时为３．２Ａ·ｈ，３Ａ恒电流充电时为１．３Ａ·ｈ。     

球团竖炉结构参数影响炉内气体流动的数值模拟

运用气固填料床动力学理论建立了球团竖炉料层内气体流动的数学模型，确立了数学模型的边界条件.运用手编程模拟研究炉内气体流动的基本规律，进而探讨竖炉结构参数对炉内气体流动的影响.结果表明:结构参数中，导风墙宽度、焙烧带宽度以及预热焙烧带高度是影响炉内气体流动的主要因素.导风墙宽度和预热焙烧带高度的增加，以及焙烧带宽度的减小会导致冷却风上行趋势减小，焙烧风下行趋势增大.同时，导风墙宽度、预热焙烧带高度以及焙烧带宽度的改变也会导致竖炉内焙烧风与冷却风之比发生改变，即流入风量比发生改变，而流入风量比是决定炉内气体流动的最主要因素.     

带液化空气循环子系统的ARCC发动机研究

为解决空天飞机动力问题,提出一种新型带液化空气循环子系统的吸气式-火箭组合循环(ARCC)概念.该组合循环发动机集涡轮、冲压及火箭发动机优点于一身,在吸气式发动机工作过程中通过液化空气循环子系统液化大气中的氧气,存储供氢氧火箭发动机工作时使用,自身携带少量或不带氧化剂,因而经济性较好.为提高液化空气循环子系统液化比,采用多种措施设计一种新型液化空气循环子系统.计算了液化空气循环热力过程和ARCC发动机比冲性能,结果表明:液化空气循环子系统在整个吸气式飞行过程中具有较高液化比;ARCC发动机在不同的飞行条件下都能得到良好比冲特性,经济性好.     

铝电解槽焦粒焙烧过程中热应力场数值模拟

用大型商业有限元分析软件ANSYS建立三维瞬态1/4槽热和结构应力场模型,对铝电解槽焦粒焙烧过程中热应力场进行数值模拟,分析了焦粒焙烧所引起的阴极温度分布和热应力分布.选择均匀一致、条形和环形3种类型的焦粒床结构,对比分析了3种结构中所产生的热和应力场分布.研究结果表明,在阳极平均排列时,环形焦粒床所产生的热梯度最小,为最佳的焦粒焙烧方案.此模型从数值上避免了由焙烧启动而带来的阴极内较大温度梯度,能有效地减少铝电解槽早期破损,提高铝电解槽的寿命.     

15MnVR（金）钢焊接冷裂倾向的研究

用插销试验研究了１５ＭｎＶＲ（金）的焊接冷裂倾向．在焊接线能量一定的条件下，定量探讨了母材成分、扩散氢含量、预热温度、板厚以及焊缝强度对临界断裂应力的影响．试验结果表明：该种钢与１６Ｍｎ钢相比具有更好的焊接性，材料本身对氢并不十分敏感     

用水合物储存氧气的计算化学模拟研究

【目的】用水合物在常温常压下能够储存氧气，在清洁能源、军事、航天、环境和生态保护等方面都有重大潜在应用，本文主要探讨水合物储氧的最佳比例和稳定性。【方法】在由20个水分子组成的正十二面体水合物512结构单元中分别放置1～3个氧分子，用量子化学方法优化氧分子簇（O2，2O2，3O2）与水合物512结构单元的作用结构，并计算水合物稳定能。【结果】在边长为2．82的水合物512结构单元中放置1个和2个氧分子时得到吸引的稳定能；当储存3个氧分子时水合物单元与氧分子簇间的稳定能转为排斥。【结论】当边长为2．82时，在水合物512结构单元中最多可以存储2个氧分子。氧分子从水合物512结构单元中逃逸的势垒高达~200 kJ／mol，远高于氢分子的逃逸势垒~80 kJ／mol。     

载人航天器SPE制氧系统性能分析

为了对载人航天器中 SPE制氧系统进行优化改进 ,根据热力学守恒定律、能量输运规律以及相关电化学理论 ,建立了系统工作过程的数学模型 ,通过数值模拟方法对系统进行了性能分析。结果表明 ,提高电解槽工作电流密度 ,不仅有利于提高电流效率和氧产量 ,也有利于减小单位产氧量的电耗 ;而提高氧、氢产品背压会对系统工作产生不利影响 ,产氧量下降 ,且单位产氧量的电耗升高 ;工作温度的提高 ,既有正面影响 ,如理论分解电压下降 ,单耗减小 ,也有负面影响 ,如造成电流效率降低 ,产氧量下降。研究结果对载人航天器中水电解制氧系统的设计及运行有一定指导意义。     

钢结构氧气切割开孔残余应力数值分析与实验研究

氧气切割是船体结构临时开孔工艺中的首选方法,其产生的残余应力对后序封孔焊接与结构安全性均有重要影响.基于氧气切割原理,建立了预热火焰与铁氧反应生热的组合热源模型;基于热弹塑性有限元法,建立了氧气切割开孔过程的数值计算模型,并分析了切割温度场与残余应力场分布规律.通过氧气切割开孔实验进行结果验证,采用红外热像仪测量表面温度分布,应用压痕应变法测量残余应力,实验结果与计算结果基本吻合.研究结果表明:在割缝边缘存在超过材料屈服点的拉应力区,其宽度受切割速度、开孔尺寸与纵向约束等因素的影响.