微型管道内氢气催化燃烧的数值模拟

根据空间气相和表面催化详细化学反应机理,应用耦合计算流体力学软件Fluent和化学反应动力学软件Chemkin,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行数值模拟,并讨论不同反应模型的燃烧特性以及导热壁、管壁材料(Pt,Si和Al)、预混合气体入口速度和当量比等因素对催化燃烧反应的影响.计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;在微型管道内,通过导热壁轴向间的传热,预热入口混合气体,使氢气燃烧更加充分;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;管壁材料和当量比对氢气的催化燃烧过程有重要的影响.计算结果为在微动力机电系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.     

微通道内甲烷空气预混气的熄火极限

为了研究微尺度催化燃烧可燃极限的变化规律,使用计算流体软件FLUENT和化学动力学软件DETCHEM对甲烷空气预混气体在微通道内催化燃烧进行了数值模拟。计算结果表明,微通道的导热壁对火焰的稳定性有重要的影响。较低的流速造成燃气在微通道内停留的时间过长,大量的热量通过导热壁散失到环境中导致熄火;较高的流速使燃烧区域往下游移动,导致吹熄。熄火特征与导热壁面温度以及铂和氧的表面覆盖率之比有关。     

超低浓度甲烷气体催化燃烧数值模拟

使用FLUENT软件对超低浓度甲烷气体在壁面涂有Pt/Al2O3催化剂的蜂窝型燃烧器微通道中的催化燃烧情况进行数值模拟,计算分析入口甲烷浓度,催化壁面温度以及燃料入口流速对甲烷转化率的影响。结果表明,随着入口甲烷浓度的增大,催化壁面温度的升高和燃料入口速度的降低,甲烷转化率会增大。当燃料入口流速为0.1m/s,甲烷体积浓度为1%,壁面温度为950K时,甲烷转化率可以达到97.0%。     

环形微细腔内甲烷催化转化效率的数值模拟

甲烷在微燃烧器内存在燃烧效率不高、燃烧不稳定等问题。为了研究微尺度下甲烷持续稳定燃烧的性能,采用催化燃烧方式对环形微细腔内甲烷与空气混合物在铂催化表面上的催化燃烧进行了数值模拟,研究了甲烷当量比、壁面温度对微通道内甲烷与空气混合物催化燃烧的甲烷转化效率的影响。结果表明,甲烷当量比、壁面温度对甲烷转化率有重要影响,通过催化可以促进甲烷在环形微细腔内的稳定燃烧。为了获得较高的甲烷转化效率,微燃烧器入口的甲烷当量比在0.8~1.0范围内较为合理,温度是影响环形微细腔内甲烷催化燃烧的主要因素,尤其在甲烷当量比较低时,温度的提高对甲烷的催化转化有更好的促进作用。甲烷的质量流量为6.5 g/h时,甲烷催化转化效率可达77%。     

微燃烧涡轮发动机微燃烧室催化氢燃烧模拟分析

为揭示微燃烧室催化氢燃烧机理,根据质量守恒、动量守恒、组分守恒和能量守恒的基本规律建立微燃烧涡轮发动机微燃烧室催化氢燃烧数学模型,并耦合表面催化详细化学反应机理对不同过量空气系数n下微燃烧涡轮发动机微燃烧室燃烧进行模拟与分析。研究结果表明:混合气体在微燃烧室的入口角度和入口速度对微燃烧室出口烟气温度无明显影响;当n1.0时,出口烟气温度升高,燃烧室压强增加;当n≈1.0时,出口烟气温度最高,燃烧室压强达最大值;当n1.0时,出口烟气温度降低,燃烧室压强减小;当n1.0时,n的增加对水蒸气质量分数增加影响较大;当1.0≤n≤2.9时,n增加会导致氧气质量分数和氮气质量分数均呈递增趋势,而水蒸气质量分数却呈递减趋势;当2.9n≤4.3时,n对氧气、氮气和水蒸气的质量分数影响不大。     

微燃烧室内截面突变对氢氧预混燃烧的影响

针对微燃烧室内部氢氧预混燃烧过程,建立耦合氢氧气相反应动力学机理的数值计算模型,利用CFD计算软件,在试验验证的基础上得到了带截面突变微燃烧室内的燃烧特性,并分析了截面突变尺寸和入口流速对于燃烧过程的影响.结果表明:采用截面突变的结构使得氢气和氧气混合更充分,燃烧更完全,并能提高微燃烧室内的流体温度;增加截面突变的尺寸,可以增加混合气在微燃烧室内的驻留时间,即使在较低入口流速下也能获得较高的燃烧室内部温度;在较低流速下,增加截面突变的尺寸,微燃烧室内的高温区域更宽;入口流速的增加导致氢气转化率降低,燃烧室内截面突变有利于缓解入口流速增加引起的氢气转化率下降的趋势.     

钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析

为提高微燃烧器燃烧稳定性和燃烧效率,基于钝体直管和钝体阶梯扩管燃烧器进行微尺度燃烧数值模拟分析研究。研究结果表明:在钝体微燃烧器中加入阶梯扩管结构有助于促进火焰传播和扩大火焰稳定燃烧极限,而且两者的吹熄极限均随当量比(即完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比)的增大而增大;燃烧器的燃烧效率均随当量比和入口混合气速度的增大而降低,而且钝体直管型燃烧器的燃烧效率要比扩管型燃烧器低;散热损失比均随当量比增大呈先增大后降低,随入口速度增大而降低;钝体直管燃烧器协同数高于钝体阶梯扩管,两者的协同数都随入口的混合气速度增大先增大后降低再增大。     

气固反应动力学速率方程理论

针对气固反应的跨尺度计算这一学科前沿方向,该文从介观晶粒层次提出基于第一性原理的速率方程理论,解决原有理论中无法实现尺度关联和反应/扩散相互耦合的难题,构建“原子→晶粒→颗粒”跨尺度的气固反应动力学理论模型,揭示了固体产物在表面的离散岛状生长机制,设计了高效可靠的计算和分析方法,并应用于低能耗CO₂捕集中化学链燃烧的跨尺度氧化/还原反应动力学、新型热化学储热中的表界面反应现象及机理、污染物脱除技术的跨尺度计算、煤焦燃烧的数值模拟、双流化床反应器的设计与优化等技术领域。     

ADN基液体推进剂空间发动机工作过程模拟

二硝酰胺铵(ADN)基液体推进剂是一种绿色环保的新型推进剂,可在小型空间推进系统中使用。该文通过数值模拟对ADN基液体推进剂空间发动机的工作过程进行热流仿真。使用Euler-Lagrange方法描述推进剂的蒸发过程,使用多孔介质局部非平衡模型描述催化床内的传热过程,同时考虑气、液、固三相之间的耦合。使用包含18组分40步反应的ADN-CH3OH简化反应机理来模拟气相物质的燃烧反应。数值计算所得发动机的宏观运行参数与实验值相符。结果表明:多孔介质会将催化床下游和燃烧室内反应所释放热量传导到催化床上游,强化推进剂的蒸发过程。在发动机内部,ADN与CH3OH的反应并不同步。ADN的热解反应发生在入口附近,而CH3OH的氧化反应发生在催化床中下游和燃烧室中。     

空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/r-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响.在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应.计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素.     

梅拉德反应与反应香料

梅拉德反应影响食物色泽、风味,利用梅拉德反应可生产反应香料．     

硫代半缩醛的反应研究

研究了硫代半缩醛与对氟苯基硫脲、氨基脲及辛二胺的反应，产物的结构经红外、核磁、质谱和元素分析得到了证实。     

荧光定量PCR技术及其在动物病毒病定量检测中的应用

荧光定量PCR技术是一种核酸定量技术,该技术在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号累积实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法.该技术具有特异性强、灵敏度高、重复性好、定量准确、速度快、全封闭反应等特点,因此在动物病毒病的检测中,荧光定量PCR技术不但能定量检测病原体感染的强弱和在机体内的分布,还具有灵敏、快速、省力的特点.     

反应温度对催化汽油窄馏分芳构化的研究

为了使催化裂化(FCC)汽油中烯烃含量满足国家的新标准的要求,需要将汽油中的烯烃转化为异构烷烃和芳烃.以兰炼催化汽油窄馏分为原料,采用小型固定流化床为芳构化反应装置,考察了反应温度对催化汽油窄馏分芳构化产物各组分的增加率、气体产物组成和液体产物组成的影响规律.实验结果表明,对于同一窄馏分,在相同碳数的条件下,随反应温度的升高,各组分的增加率逐渐增加,且反应温度越高,其增加的幅度越大.对于同一种馏分油,随着反应温度的升高,干气、液化气和焦炭产率逐渐增大,而液体产率逐渐减少,芳烃的产率和选择性逐渐增加.在同一温度下,随着馏分变重,干气、液化气和焦炭产率逐渐减少,芳烃、轻油收率和芳烃的选择性逐渐增加,正构烷烃、异构烷烃和烯烃的产率逐渐减少,而芳烃含量迅速增加,环烷烃的含量先增加后变小,存在最大值.     

CaO再碳酸化的研究

建立了CaO再碳酸化的微粒模型，研究了CO2体积分数、反应温度等因素对反应的影响．研究表明，在本实验条件下，存在一个最佳再碳酸化温度(在680-7300℃之间)．当温度过高时，部分产物发生分解，气体通过产物层的扩散阻力随着温度的增加而变大，部分空隙的堵塞等原因造成反应的转化率反而减小．     

化学反应工程课程教学与改革

化学反应工程是化工类学生的专业基础课,对培养学生的化学工程基础、强化工程分析能力具有十分重要的作用.本文针对化学反应工程的课程特点,分析了化学反应工程课程改革的必要性;并为培养具有独立思考,发现、分析和解决实际生产问题能力的工科人才,在教材选择、教学指导思想确定、教学内容组织、教学方法和加强实验教学等方面进行了深入的教学思考和有益的教学改革.     

冶金反应过程动力学的分段尝试法

冶金反应工程学属于一门独立的学科,需要建立自己的一套研究反应动力学的新方法。为了避免与冶金物理化学的方法和内容的重叠,本文提出分段尝试法可作为研究冶金反应过程动力学的新方法。依据反应过程特点,建立相应动力学模型进行拟合尝试,能够得到该过程控制环节转换时间点以及动力学参数,为冶金模拟提供必要的物性参数。由于在实际冶金反应过程中,化学反应过程和质量传输过程的耦合是客观存在的,化学反应控制时质量传输也发生;同理,质量传输控制时也有化学反应。因此,提出通过引用不可逆过程热力学唯象理论来确定出化学反应和扩散控制的两种通量之间的影响,从而进一步完善分段尝试法。     

一类Guerbet反应选择性的数学建模研究

建立了以乙醇、乙醛为原料，合成正丁醇的Guerbet反应数学模型。证明了模型正平衡点的存在性，分析了反应器流速、投料比对模型平衡点及其稳定性的影响，模拟了正丁醇选择性、收率与乙醇转化率随接触时间、投料比的变化状况。结果表明：在接触时间确定的情况下，可以通过调节投料比使正丁醇选择性、收率与乙醇转化率达到较高水平。     

复分解反应发生条件的研究

针对化学反应的一些典型实例,提出了复分解反应发生的补充条件——反应中因温差或浓度的原因能析出一种物质或复盐,复分解反应也能发生。