气流入口条件对低旋流燃烧火焰稳定性的影响

为了研究低旋流燃烧器在喷嘴出口气流平均速度为10.12~19.12m/s、入口温度为300~500K、入口压力为101.325~8×101.325kPa条件下的火焰稳定性,对当量比为0.7的甲烷空气预混气体进行了数值模拟,分析了低旋流燃烧器的流场结构及火焰特性,揭示了燃烧稳定的根本原因。结果表明:低旋流燃烧器流场结构受气流入口条件的影响较小,且能够保持自相似特性;轴向和径向速度延伸率以及虚拟原点的位置基本不受气流入口条件的影响;低旋流燃烧器流场随喷嘴出口气流平均速度、入口压力的增加,回火的可能性减小,随入口温度的提高,回火的可能性增大。综合而言,低旋流燃烧器能够在较宽气流入口条件下保持火焰锋面稳定,有利于燃烧器的稳定工作。     

低旋流燃烧和流动特性数值模拟研究

为研究低旋流燃烧(LSC)技术背离传统旋流燃烧机理的燃烧方式,以及其所具有的燃烧效率高、稳定性强、火焰区域温度低和NOx排放量极低等特点,采用数值模拟方法,对LSC燃烧和流动特性以及受喷射器多孔板阻塞比的影响进行初步研究.结果表明:LSC喷射器能够形成典型扩散湍流流动和"扫帚形"低温火焰结构;多孔板阻塞比对LSC喷射器扩散湍流流动分布、中心线上轴向气流速度和湍流强度有很大影响.     

2.5MW煤粉氧燃烧旋流火焰数值计算

为了准确地数值预报煤粉旋流火焰特征和主要烟气成分,比较扩展的涡耗散模型在多湍流模型下的预测性和影响,针对IFRF(国际火焰研究基地)2.5MW煤粉氧燃烧和空气燃烧实验,利用组分输运方程,结合7步改进的总包反应,对炉内煤粉氧燃烧进行数值计算,并与实验结果和空气燃烧基况对比.结果表明:氧扩散率、发射率和比热容等物性参数修正后,湿循环、氧预混二次流的煤粉氧燃烧扩散火焰温度场与空气燃烧总体一致,火焰稳定且为Ⅱ型火焰结构;EDC模型(涡耗散概念模型)对组分预测更为准确,尤在可实现k-ε模型下的缓慢反应CO生成和IRZ(中心内回流区)高温预测;而FRED模型(有限速率涡耗散模型)在多湍流模型下对炉内温度、组分、火焰结构预测亦较准确.     

离子电流法测量CH_4/H_2混合气燃烧火焰传播速度的实验研究

在定容燃烧弹上布置一对测量电极,运用离子电流法、根据燃烧火焰在接触测量电极时刻的离子电流信号值,对不同工况下CH4/空气及其掺氢混合气的平均火焰传播速度进行了计算,并与传统光学纹影法测得的火焰速度进行了对比。结果表明:对于CH4/空气混合气预混燃烧火焰,在过量空气系数分别为0.75、0.8、0.85、0.9、1、1.1时,利用离子电流法测得的火焰传播速度分别为1.714、1.935、2.195、2.250、2.045、1.538 m/s,相对纹影法误差分别为1.32%、2.09%、4.65%、3.48%、3.64%、7.06%;对于过量空气系数为0.8的CH4/H2燃料,在掺氢比为0%~80%(10%递增)的情况下,离子电流法测得的火焰传播速度相对于纹影法的误差均在5%之内。该结果为离子电流法的层流火焰传播速度测量提供了理论、实验依据,测量方法简单易行、快捷准确、可行性高。     

低NOx旋流燃烧器燃烧特性数值模拟

为分析DBC-OPCC型低NO_x旋流燃烧器的燃烧性能与NO_x释放特性,通过数值模拟的方法研究燃烧室内燃料粒子的射流轨迹、温度分布、速度分布及各组分分布之间的规律。结果表明:温度分布表现为中央高两边低,氧量分布与温度分布规律相反,一次风喷口处温度分布、氧量分布与回流区的形状、大小以及煤粉颗粒密度密切相关。出口流域CO_2整体上沿中轴线呈对称分布,即中央高两边低,其变化趋势与氧量分布规律相反,与温度分布规律相近。喷口处CO含量极高,浓厚的还原性氛围对削减NO_x排放具有积极作用,在一次风喷口处煤粉形成外浓内淡的分布形态以及"三高一低"区,强化加热、析出挥发分、着火以及高温火焰内的NO_x还原,降低NO_x排放,提升稳燃能力。气流呈风包粉结构,可防范水冷壁结焦与高温腐蚀现象。     

甲烷、煤尘复合体系燃烧特性及火焰结构的实验研究

利用高速摄像机、超细热电偶、离子电流探针、光电二极管等对管道内甲烷、煤尘复合体系中传播火焰进行了实验研究，对火焰传播特征和火焰结构进行了分析．结果表明，甲烷、煤尘复合体系中初期的火焰主要由甲烷空气的气相火焰构成，随着传播过程的进行，煤粒逐步开始参与燃烧，形成甲烷、煤尘的复合火焰．复合火焰中，煤粒热解和燃烧过程持续时间较长，火焰区域在传播过程中不断被拉长，火焰在较大的区域存在．甲烷、煤尘复合火焰的预热区厚度大约为2.57cm，预热区的后面是化学反应区，在这个区域中，化学反应强度迅速上升，温度也随着迅速升高，同时发出较强的光．对甲烷、煤尘复合体系火焰传播过程进行研究，可以为防止煤矿井下瓦斯、煤尘爆炸提供理论基础和技术支持.     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

甲醇/柴油双燃料旋流燃烧器燃烧特性模拟

建立甲醇/柴油双燃料非预混旋流燃烧器在受限空间内燃烧的数值模型,并进行燃烧实验.利用该模型研究醇柴比、风孔径向角和空气过剩系数这3种因素对甲醇/柴油双燃料燃烧温度、燃尽率、不均匀度和火焰长度的影响,并进行正交计算,研究以上3种因素共同作用的结果.研究结果表明:甲醇/柴油双燃料平均温度随着醇柴比增加而降低,随着空气过剩系...     

高温低氧气氛中气体燃料的火焰特性

为确定高效低污染燃烧的条件 ,研制了火焰特性实验装置 .在此装置上研究了助燃剂预热温度及氧体积浓度对丙烷火焰特征的影响 .实验中 ,助燃剂预热温度变化范围为 380～ 1 0 0 0℃ ,氧体积浓度变化范围为 2 1 %～ 2 % .实验表明助燃剂温度及其含氧量对火焰特性有非常显著的影响 ,高温低氧条件下的火焰体积、火焰亮度与颜色、火焰形状等特性明显改变 .此外 ,还定性地说明了高温低氧燃烧方式具有高效低污染特性     

O2/CO2气氛下CH4火焰温度特性的实验研究

对O2/CO2燃烧方式下反应器内CH4火焰的温度特性进行了研究，结果表明：在还原性气氛下，初始CO2浓度的升高对CH4火焰高温区的影响是消极的，在完全燃烧和氧化性气氛下，初始CO2浓度的存在对CH4火焰温度分布的影响则比较复杂，存在一个初始CO2浓度临界点，在此临界点前后，CO2浓度对CH4火焰的温度水平分别有着不同的影响；同时在高浓度的CO2气氛下，整个火焰的温度分布趋于平均化。     

直流电场对甲烷/空气预混火焰影响的机理研究

为明确直流电场对燃烧的作用机理,在常温、初始压力100kPa下,向定容燃烧弹内的网状电极加载3种电场,分别为两侧同为负直流电场、同为正直流电场以及左侧为负直流电场右侧为正直流电场,研究3种电场加载方式下的直流电场对甲烷/空气预混火焰燃烧特性的影响。结果表明:在3种电场加载方式下,火焰形变、平均火焰传播速度、压力峰值随着电压的增大均增大;当电压幅值相同时,两侧同为负电场对火焰促进效果最强,其次为左侧为负电场右侧为正电场,两侧同为正电场对火焰促进效果最弱。由模拟计算可知:电体积力随着电压的增大而增大,两电极同为负电场与正电场时,平均火焰传播速度增大率和电体积力之间的相关系数分别为0.996、0.997,压力峰值增大率和电体积力之间的相关系数分别为0.989、0.971,说明电体积力与电场对火焰的促进作用密切相关;当电压幅值为10kV时,两电极同为负电场与正电场的离子风发展程度分别为0.153、0.019,说明正是由于离子风发展程度的不同导致了正负电场对燃烧促进作用不同。     

交流电场对高压下甲烷/空气预混稀燃火焰的影响

为了改善天然气燃烧速率慢、稀燃条件下着火延迟以及火焰稳定性差等不足,在常温、初始压力为3×97kPa下,研究分析了定容燃烧弹中低频交流电场对甲烷/空气预混稀燃火焰形状、火焰传播速度、燃烧压力相关特性参数等的影响。结果表明:与未加载交流电压相比,加载10~100Hz交流电压的火焰在水平方向均发生拉伸变形,电压频率越小,拉伸变形越明显,在15 Hz附近时变化最明显;加载电压后火焰传播速度增大,且随电压频率的减小先增大后减小,在接近15 Hz时最大;交流电场作用下燃烧压力峰值增大,压力峰值到达时间、初始燃烧期和主燃烧期均缩短;随着电压频率的减小,燃烧压力峰值与火焰传播速度变化相一致,而压力峰值到达时间的变化则相反,但均在15Hz附近其绝对值出现最大值,比未加载电压时分别增加了19.90%、-42.23%。     

喷油定时和涡流比对低温燃烧影响的模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)软件和耦合自行编写的程序,对一台柴油机进行低温燃烧模拟研究,对比分析不同废气再循环(EGR)率、喷油定时和涡流比对燃烧和排放的影响.结果表明,随着EGR率增大,燃烧放热过程滞后,缸内压力、温度和放热率峰值和累计放热量降低,壁面油膜生成增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低的同时,碳烟(soot)、未燃碳氢化物(UHC)和CO排放增加;固定EGR率为40%的同时将喷油定时曲轴转角从353°提前至345°,可使燃烧放热过程适当提前,并有利于提高热效率和改善燃油经济性;保持EGR率为40%,喷油定时曲轴转角为345°时,随着涡流比的增大,soot和UHC排放减少,而CO排放出现先减少后增大的趋势,涡流比为3.0时,综合效果较好.     

钨─钴混合氧化物直接气相还原／碳化相变过程

用ＸＲＤ和ＳＥＭ对钨－钴混合氧化物（Ｗ２０Ｏ５８＋Ｃｏ３Ｏ４）的氢还原及在不同组成的Ｈ２／ＣＨ４混合气体中的碳化过程进行了研究．结果表明，在８５０℃以上氢还原产物是α－Ｗ＋Ｃｏ３Ｗ＋Ｃｏ７Ｗ６三相混合物．纯蓝钨（Ｗ２０Ｏ５８）或钨－钴混合氧化物都能在较低的温度下（９００～１０００℃）被甲烷气相碳化成ＷＣ，碳化速度和游离碳的析出均与碳化温度及Ｈ４／ＣＨ４混合气相的组成有关．作者给出了最佳的碳化工艺条件     

Ag改性Mn/H-beta催化剂的甲烷低温催化燃烧

为提高Mn基催化剂的甲烷低温催化燃烧活性,以H-beta分子筛作为催化剂载体,采用浸渍法通过Ag改性制备了Mn-Ag/H-beta催化剂;在固定床反应器中研究了Mn-Ag/H-beta催化剂在低温(523~823K)时的甲烷低温催化燃烧活性和抗水耐硫性;通过X射线衍射和X射线光电子能谱等表征手段研究了Mn-Ag/H-beta催化剂中Ag和Mn的相互作用。研究表明:在温度低于823K时,Ag改性显著提高了Mn/H-beta催化剂的低温催化活性;当催化剂中Ag和Mn的质量分数均为6%时,Mn-Ag/H-beta催化剂的催化活性较好;SO2和H2O会抑制Mn-Ag/H-beta催化剂的活性;H2O对于催化剂的硫酸化无明显的促进作用;Mn-Ag/H-beta催化剂中Mn主要以Mn3+和Mn4+的氧化态形式存在,Ag的添加可促进部分Mn3+向Mn4+的转变;催化剂中Mn具有稳定Ag+活性位的作用。研究结果可为甲烷低温催化燃烧催化剂的优化设计提供参考。     

基于CH_4/m-C_9H_(12)二元体系汽液相平衡实验的CH_4/C_2H_4/m-C_9H_(12)三元体系的模拟研究

测定了压力0.5~3.0 MPa、温度233.15~293.15 K条件下CH4/m-C9H12(即均三甲苯)体系的二元汽液相平衡数据,用PR方程对CH4/m-C9H12体系的汽液相平衡数据进行关联,得到了二元交互作用参数。实验数据的偏差分析证明PR方程适合描述该体系。基于以上结果,并结合文献数据,计算了CH4/C2H4/m-C9H12三元体系的相平衡数据,并绘制了该三元体系的相图。结果表明,CH4和m-C9H12的相容性与C2H4和m-C9H12相比差异较大,m-C9H12是一种适合吸收C2H4的溶剂。     

H_2S和CH_3SH与硅锡烯加成反应的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了H2S及CH3SH与硅锡烯的加成反应的微观机理和势能剖面.计算结果表明,所研究反应由多步机理组成且反应的初始步骤为H2S或CH3SH对硅锡烯的亲核进攻.反应过程中Si(Sn)-S键总是先于Sn(Si)-H键形成.形成Si-S键的反应在动力学上比形成Sn-S键的反应有利,且主要由能量因素决定.CH3SH作为亲核反应试剂比H2S更活泼.     

双卷流燃烧系统的双燃料发动机燃烧排放特性

为解决因生物柴油粘度过大,以及低温燃烧导致的燃油雾化、燃烧性能和排放恶化等问题,利用AMESim软件和AVL_FIRE软件对发动机燃烧室进行双卷流（DS）改造,对喷油提前角、喷孔直径进行优化匹配。结果表明:双卷流（DS）燃烧室燃油分布更加均匀,在运行范围内燃烧速率和功率比浅盆型燃烧室具有更大的优势;同时在加快燃油扩散速率和提高空气利用率方面具有显著的作用;在提高发动机动力性和经济性方面具有明显的优势。采用DS燃烧室、喷油提前角20.6°、喷孔直径0.28 mm组合结构形式的柴油机,其NO排放比原机降低81.83%,指示功率比原机降低7.73%。研究结果可为船用柴油机双燃料低温燃烧性能优化提供一定的指导依据。     

CH_3CCl_2与NO_2反应机理的理论研究

运用密度泛函方法BMK/6-311+G(d,p)和组合能量算法BMC-CCSD,研究了CH_3CCl_2与NO_2的反应机理,得到了体系的势能面信息和详细的反应机理.反应物发生碰撞后,其中NO_2中的N原子和O原子可以分别进攻CH_3CCl_2中-CCl_2基团上的C原子而首先形成络合物,然后从络合物开始经历一个或者多个过渡态生成产物或者直接分解成产物.共找到了11条反应通道,计算结果表明CH_3CClO和CH_3CCl_2O是反应的主要产物.