激波管研究煤油/空气混合气的自着火特性

利用反射激波方法开展了煤油/空气混合气在温度为1445～1650 K,压力为0.1 MPa,当量比为1.0条件下的着火滞燃期研究.采用拉瓦尔喷管雾化装置雾化煤油形成气溶胶,入射激波促使煤油气溶胶快速蒸发和扩散,反射激波诱导煤油/空气混合气着火.利用ICCD冻结煤油/空气混合气着火流场,进行着火特性的可视化分析.初始温度...     

电晕诱导介质阻挡放电/催化剂协同作用下甲烷的部分氧化水蒸气重整制氢

研究大气压较低温度(低于600℃)条件下电晕诱导介质阻挡放电反应器内甲烷的部分氧化水蒸气重整制氢. 反应器内电晕诱导颗粒的存在使介质阻挡放电可以在大间隙(10 mm)、低电压条件下均匀发生. 分析了输入功率、氧气/甲烷摩尔比以及预热温度对甲烷转化率和氢气选择性的影响. 实验结果表明: 输入功率在27~50 W之间时输入功率的增加明显促进甲烷转化率升高, 但当输入功率大于50 W 时, 功率的增加对甲烷转化的促进作用相对较弱; 氧气/甲烷摩尔比既影响甲烷转化率, 又影响氢气选择性, 在本文实验条件下, 氧气/甲烷摩尔比为0.6 时, 氢气的选择性最高能达到112%; 电晕诱导介质阻挡放电和催化剂协同作用下的甲烷转化率接近热力学平衡时的甲烷转化率.     

柔性基底瞬态热流率测量传感器的研制及其应用

介绍了一种适用于高超声速激波风洞瞬态热流率测量的柔性基底传感器, 简述了该传感器的工作原理、结构和制作工艺, 并且对其绝热基底厚度和动态响应参数进行了理论计算. 在爆轰驱动的激波风洞中, 使用该传感器进行的平板表面瞬态热流率测量的实验表明, 结果是可靠的, 它可以作为模型表面瞬态热流率测量的一种有效工具.     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

紊动射流的分维测量

湍流在很多方面表现出分形特征,湍流的分形问题已成为端流研究的热点之一.Sreeuivasan等人利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术获得的湍流图象对边界层、轴对称圆形射流、平面尾流和混合层问题开展了界面分维的测量,取得了有广泛影响的成果.     

甲烷均相转化研究进展

在绿色、经济的反应条件下实现甲烷的直接转化一直是化工能源领域面临的重大挑战之一.在过去的10年中,有机合成化学家们相继发展了多种甲烷均相转化方法,为利用丰富的甲烷作为化工原料来合成高附加值的化工产品提供了新的转化途径.本文从反应作用机制方面总结了近年来甲烷均相转化领域的研究进展,包括过渡金属和主族金属参与的,以及光促进的甲烷均相转化等.在这些研究进展中,过渡金属催化的甲烷转化方法占据主要,涌现了对甲烷碳氢键进行亲电活化、氧化加成和卡宾插入等多种不同活化机制.引人注意的是,光催化模式利用清洁的光能为反应提供能量,为甲烷的均相转化提供了一种更加绿色可持续的化学转化方案.文末对发展更多高效的光促甲烷转化反应及其应用前景进行了展望.     

超声速半球绕流实验研究

基于NPLS技术,在超声速静风洞中对超声速半球绕流流场进行了实验研究,观察到了三维弓形激波及其与边界层相互作用所诱导的转捩/分离区,再现了超声速半球绕流流场的复杂结构.根据所得NPLS图像的时间相关性,分析了绕流流场结构的时空演化特征,得到了大尺度涡结构在流向和展向的运动特征,并且观察到了明显的周期性和相似的几何结构特征.     

一种具有时空高分辨率的整体式热流传感器

为在激波风洞中测量尖锐前缘等曲率半径很小处的表面热流率,俞鸿儒提出一种整体式热流传感器.与传统的热流传感器相比,整体式热流传感器空间分辨率提高了一个数量级,感应元件的最小尺寸仅为直径0.1 mm,可以测量R0.5 mm的球锥驻点热流.通过双组元电子束物理气相沉积的方法,制备康铜薄膜,形成整体式热流传感器的接点层.并利用数值计算,分析了传感器结构对测量精度的影响.激波风洞试验结果表明,本文制备的整体式热流传感器频响约100 kHz,测量重复性误差小于10%.     

可见光诱导Ag/AgX等离子体光催化净化NO的性能与机理

贵金属纳米颗粒的表面等离子共振效应使之在可见光区表现出显著的特征吸收.在可见光的诱导下,银/卤化银(Ag/Ag X,X=Cl,Br,I)复合物在污染物净化中表现出了优良的光催化性能.本研究采用室温沉淀法制备了Ag/Ag X等离子体光催化剂,对催化剂的微结构和光学性质进行了表征分析.将制备的Ag/Ag X应用于光催化净化空气中NO,Ag/Ag Cl因具有更强的等离子体效应和更高的电荷分离效率而表现出较高的光催化性能.运用原位红外光谱动态监测了Ag/Ag Cl光催化净化NO的反应过程,从分子层面揭示了Ag/Ag Cl等离子体可见光催化氧化NO的反应机理.本研究为贵金属基等离子体光催化剂的作用机理及空气净化应用提供了新的认识.     

超声速混合层密度场测量与近似重构

利用纳米示踪粒子研究了超声速混合层的密度场结构.探讨了基于实验图像的密度场校准方法,采用斜激波实验校准了示踪粒子浓度与当地流场密度之间的关系.针对混合层流动图像的实际特征,校准了光强分布不均匀对密度场测量的影响.以对流马赫数0.12混合层为研究对象,测量得到了相应的密度场结构.根据混合层展向结构的涡结构特征和流向的密度场分布,近似重构了超声速混合层的密度场,所得到的密度场结构较好地反映了混合层流动的三维特征.     

南海北部陆坡NH-1孔沉积物中自生硫化物及其硫同位素对深部甲烷和水合物存在的指示

海洋沉积系统中较高的甲烷浓度和通量是水合物形成的重要物质基础. 向上迁移扩散的甲烷在硫酸盐-甲烷交接带(SMI)与硫酸盐反应生成硫化物矿物. 保存在沉积物中的自生硫化物及其硫同位素可以用来有效地指示甲烷通量和SMI深度, 进而指示深部水合物形成或存在的可能性. 通过对中国南海北部陆坡水合物可能存在区域NH-1孔柱状样岩芯沉积物中硫化物及其硫同位素的研究发现: (1) 沉积物中黄铁矿含量较高, 矿物颗粒较大; (2) 沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)峰值(>2 μmol/g)最浅深度位于437.5 cm, 大于自生黄铁矿相对富集的深度(141.5~380.5 cm); (3)在262.5~380.5 cm间沉积物中自生黄铁矿中硫同位素δ³⁴S具有显著的正异常值(最大+15‰), 其他深度均为数值稳定的负异常; (4) δ³⁴S正异常出现在自生黄铁矿相对富集区. 与Jorgensen等对黑海沉积物硫化物的研究结果相比较, 这些特征表明研究区域的SMI下边界深度为(或曾经在)437.5~547.5 cm, 反映了向上迁移扩散的甲烷通量具有(或曾经具有)异常高值. 这一结论与蒋少涌等通过孔隙水硫酸盐梯度和刘坚等通过顶空气甲烷异常在研究区邻近海域所获得的结果相吻合. 表明研究区海域深部形成或赋存水合物的可能性很大. 沉积物中自生硫化物及其硫同位素可用作寻找水合物有效的地球化学指标之一.     

关于三维激波损失模型的讨论

Wennerstrom和Puterbaugh于1984年推出了三维激波损失模型.跨音压气机转子叶片排中的实测结果和理论分析表明,在设计工况下,从S_1流面看,通道激波几乎垂直于来流方向.沿展向方向,由于转子叶片的后掠,激波面是倾斜的.但在叶尖区域,激波和机匣附面层的复杂的相互作用,使得Wennerstrom和Puterbaugh的按无粘流动考虑所形成的三维激波曲面沿展向方向倾斜进入机匣表面的假设不成立.     

汇聚Richtmyer-Meshkov不稳定性实验研究进展

Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性是流体力学的重要研究内容,无论在学术研究还是工程应用领域都有着重要的研究价值.近些年,学者们围绕平面激波诱导的RM不稳定性开展了大量实验、数值和理论研究,发现界面上的初始扰动在激波冲击之后依次经历线性增长、非线性增长和湍流混合3个发展阶段,压力扰动和斜压涡量是导致扰动发展的主要物理机制.然而,关于汇聚激波诱导的界面失稳现象却少有研究,汇聚空间中扰动发展的规律以及汇聚效应对扰动发展的影响尚不清楚.汇聚RM不稳定性研究要求在实验室条件下生成稳定的汇聚激波和形状可控的流体界面,对现有的实验方法提出了极大的挑战.本文简要回顾了近些年在两种不同结构的汇聚激波管设备中开展的汇聚RM不稳定性实验研究,重点讨论了几种典型汇聚效应对扰动发展的影响,并根据目前研究的局限性提出今后实验研究的3个重要方向:高马赫数激波诱导的界面失稳实验、三维界面的演化、扰动激波与无扰动或有扰动界面的相互作用.     

Ni催化甲烷裂解生长碳纤维

碳纤维是一种高性能增强纤维,在发展高级复合材料中起着重要的作用.气相生长碳纤维(vapor-grown carbon fiber,VGCF)的强度、杨氏模量和传导性均显著地优于已工业化的聚丙烯腈法或沥青法制备的碳纤维.文献报道的Fe催化甲烷裂解制备VGCF的反应温度高于1000℃;使用Ni催化剂时,在500℃只生成了少量的须状碳.吴兴亚等人对Ni催化剂在正庚烷水蒸气转化过程的积碳反应的研究中,发现在550℃可以生成相当量的碳纤维;最近师江柳等人对Ni催化剂在含甲烷气氛的积碳反应的研究中,发现在450℃即可生成须状碳.实验采用商品Ni催化剂(Ni含量24%),使用原位动态热磁天平反应装置(竖管式石英反应器,混合气CH_4/H_2=9∶1, 流速50mL/min),在500℃即可生成较大量的碳纤维(Ni催化剂颗粒如果为很厚的碳物种所覆盖,则将失去活性);与使用Fe催化剂相     

X+Br_2→XBr+Br(X=H,D)反应速率常数的理论计算

氢(或氘)原子与溴分子之间的化学反应是典型的轻-重-重(LHH)动力学体系之一,其理论和实验研究都很有趣.Jaffe和Clyne用激波管共振吸收(DFRA)技术测量了H+Br_2在295K下的反应速率常数.研究过渡态性质需要反应速率常数对温度的依赖关系,为此,Wada等利用脉冲辐射共振吸收(PRRA)技术测量了214—295K温度范围内H+Br_2     

微波方法制备(100)晶面取向的金刚石薄膜

采用MWPCVD制备金刚石膜的方法 ,以甲烷和一氧化碳为碳源气体 ,在适当的衬底温度与反应气体配比条件下 ,通过使衬底匀速转动 ,合成出具有 (10 0 )晶面取向的均匀生长的金刚石薄膜 ,在优化的工艺条件下这种定向金刚石膜的生长与单晶硅衬底的类型没有明显的直接关系 .     

三氟甲烷抑制CH4/O2低压预混平面火焰的实验研究

利用同步辐射分子束质谱对三氟甲烷抑制下的CH₄/O₂低压预混平面火焰的燃烧生成组分进行了实验测量, 通过选择性探测燃烧自由基与反应中间体, 初步研究了三氟甲烷(CF₃H)的化学灭火动力学. 结果表明, 同步辐射分子束质谱方法能够广泛探测到灭火剂作用下的燃烧生成组分, 尤其是反应中间体与自由基. 三氟甲烷灭火剂(CF₃H)在火焰预热区内完全参与反应, 生成了CF₃和CF₂等含氟中间体, 并且CF3将作为主要组分继续参与火焰主反应区内的抑制过程. 由三氟甲烷(CF₃H)生成的主产物氟化氢(HF), H－F键能远大于H－Br键能, 因此十分稳定, 不会参与类似的溴化氢(HBr)对燃烧自由基OH和H的清除反应, 这是造成三氟甲烷(CF₃H)灭火性能低于传统含溴哈龙灭火剂的主要原因.     

在混合导体透氧膜反应器中进行甲烷部分氧化制合成气

混合导体透氧膜指的是一类同时具有氧离子导电与电子导电性能的新型陶瓷膜。在高温下,当膜两边存在氧浓度梯度时,氧可以从高氧压端向低氧压端透过,且理论上氧的选择透过性为１００％,开发出一种新型的具有高透氧量、高稳定性的透氧材料Ｂａ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２－０３－δ,并成功地把其应用到甲烷部分氧化反应中,以空气为氧源利用透氧膜透过的氧与甲烷反应制合成气,使氧的膜分离与甲烷部分氧化反应一体化于一     

采用快速热管理系统研究乙醇SI/HCCI燃烧模式切换

在一台改进的单缸机实验系统上采用自行设计的快速热管理系统进行乙醇燃料HCCI燃烧的实验研究, 获得了乙醇燃料HCCI燃烧的运行工作范围. 与SI燃烧方式相比, 在HCCI运行区域内, 发动机的热效率高, NOx排放大幅度降低. 在SI和HCCI的工作区域边界进行了不同工况乙醇燃料SI/HCCI燃烧模式转换的实验研究. 结果表明, 在当前实验条件下, 采用进气热管理系统能实现乙醇HCCI和SI两种燃烧方式的转换, 但不能在一个工作循环内完成, 在转换过程中转速和平均有效压力出现波动. 考察了火花辅助点燃对乙醇HCCI临界温度工况燃烧稳定性的作用, 结果显示采用火花辅助点燃, 基本上能避免失火循环的产生, 改善了燃烧稳定性. 在此基础上, 研究了火花辅助点火对SI/HCCI混合燃烧模式发动机燃烧模式切换平顺性的影响. 研究发现, 单纯通过火花辅助点火并不能完全消除过渡过程中的波动, 需要进一步的优化模式转换的控制策略.     

空气湿度对人员可接受热环境的影响及评价

室内温湿度对人员舒适健康有着显著影响,尤其在偏热和偏冷环境下.如何评价较大空气湿度范围内温湿度耦合作用及其影响尚缺乏系统认识.我们在人工气候室分别开展了冬夏季涵盖偏冷到偏热(16～32℃)、低湿到高湿(15%～85%)共40个工况的人体热舒适实验,累计800余人次.结果显示,相对湿度对人员热舒适的影响随温度升高逐渐显著(夏季32℃/冬季28℃),湿感觉随相对湿度增加而显著增加;低温下空气绝对含湿量低,人体各部位刺激感比例随相对湿度降低而增加;低温下人员感知空气品质随暴露时间增加而降低,高温下人员适应性提高了人员对空气品质感知.研究计算了不同工况下人体呼吸总热损失,并建立其与人员热感觉(thermal sensation vote,TSV)和可感知空气品质(air quality vote,AQV)的关系:随着呼吸总损失增加,人员热感觉线性降低(回归系数:-0.66),感知空气品质升高(回归系数:0.2).基于TSV∈(-0.5,+0.5)和TSV∈(-0.75,+0.75),得到了冬夏季满足90%和80%人员满意率的标准有效温度(standard effective temperature,SET)上下限值,和等SET条件下温度-相对湿度(30%～70%)舒适区间,且大于国际标准ASHRAE 55推荐的温度区间.研究量化了空气湿度对人员热感觉的影响,揭示了低湿和高湿通过影响皮肤表面散热和呼吸蒸发热损失影响人员可接受温度区间,研究结果可为提出合理室内空气湿度设计参数、保障室内热环境舒适健康营造提供一定参考.