异丁醇汽油混合燃料发动机燃烧排放特性研究

将体积分数为10%、20%、30%、40%、50%的异丁醇与体积分数为90%、80%、70%、60%、50%的汽油混合组成5种异丁醇汽油混合燃料,结合纯汽油,在一台四缸汽油机上进行发动机燃烧排放的研究和对比.结果表明:汽油机燃用合适比例异丁醇汽油混合燃料的功率和扭矩与燃用纯汽油时基本相当;燃用混合燃料的燃油消耗率和等效燃油消耗率略有增加,能量消耗率多数转速下低于纯汽油;混合燃料的CO、THC和NO_x排放与燃用纯汽油时相比均有不同程度的降低,但混合燃料的CO_2排放和排烟温度有所增加.     

汽油层流燃烧速度的测量及其替代物模型研究

针对实际汽油组分复杂导致数值模拟研究困难的问题,采用球形火焰法,在定容燃烧弹上测量了初始温度分别为358、403、448 K,初始压力分别为0.1、0.2、0.5 MPa,当量比为0.8～1.5工况下,实际汽油、正庚烷、异辛烷、甲苯、异辛烷/正庚烷混合燃料(PRF)、甲苯/异辛烷/正庚烷混合燃料(TRF)的层流燃烧速度,分析了初始温度、压力以及当量比对汽油的层流燃烧速度的影响规律,对比了不同替代物模型对实际汽油的层流燃烧速度的预测结果。基于实验结果,构建了适合我国汽油的双组分和三组分汽油替代物模型,对比结果表明,在本研究的实验工况范围内,三组分汽油替代物模型比双组分汽油替代物模型能够更好预测实际汽油层流燃烧速度。应用Chemkin软件和KAUST清洁燃烧研究中心近期发展的汽油替代物机理,对本研究实验数据进行了数值仿真,该机理对实验数据给出了合理预测。利用本研究提出的汽油替代物模型,可对实际汽油的层流燃烧速度进行合理的预测。     

煤粉与半焦的混合燃烧特性及动力学分析

为探究煤粉添加半焦后混合燃料的燃烧性能,通过热重分析研究煤、半焦及其混合物的燃烧过程,得到燃烧特性参数.由于不同温度区间的燃烧反应机理不同,利用分段法对燃烧过程进行动力学分析,对燃烧反应的前、后期分别使用缩核反应模型和缩核内扩散模型进行模拟,从而得到动力学参数.结果显示,随着混合燃料中半焦含量增加,其可燃性指数和燃烧特性指数都减少,燃烧前期活化能由76.79 kJ·mol-1增加到92.75 kJ·mol-1,后期活化能由102.62 kJ·mol-1增加到107.94 kJ·mol-1,说明半焦的添加会降低混合燃料的燃烧性能.对比不同半焦含量的混合燃料的燃烧特性参数和动力学参数,半焦的质量分数应控制在15%以内最适宜.     

石化管式加热炉燃气燃烧器的CFD研究

为了研究较低过剩空气系数条件下燃烧器结构及一次风量对燃烧过程的影响,利用CFD软件FLUENT对燃烧器燃烧过程进行数值模拟,得到燃烧单元中速度、温度及NOx质量分数分布等相关参数.结果表明:随着喷射角度的增大,燃烧单元内温度分布更加均匀, NOx浓度也随之减小;减小喷孔直径可以有效提高燃料的喷出速度,增加燃料的射流影响作用,同时NOx生成量也显著降低;不同的一次风量对炉内速度分布影响较小,火焰长度随着一次风量的增加变短,NOx生成量随着一次风量的增加呈降低趋势.     

MTBE和乙醇对汽油燃烧特性的影响

利用同步辐射方法研究了标准样品汽油及其分别添加MTBE、乙醇后的燃烧火焰温度及火焰中多原子物质的种类和浓度.沿火焰高度方向上的芳烃浓度分布说明,MTBE、乙醇有抑制汽油中芳烃氧化的倾向;在样品汽油火焰高度的一半处,没有探测到烷烃物质,而添加MTBE、乙醇后,则探测到多种烷烃物质及其裂解产物.这表明,在燃烧的起始阶段,MTBE、乙醇有抑制烷烃氧化的作用.沿火焰高度方向上的温度分布说明,在燃烧的起始阶段,MTBE、乙醇能够减慢燃烧速度,而当温度升高后,又能加快燃烧速度.     

低负荷下蓄热式加热炉燃烧策略数值模拟

针对低负荷下蓄热式加热炉燃烧性能下降的问题,以某钢厂蓄热式加热炉为研究对象,利用软件Fluent建立炉内气体流动、传热及燃烧过程数学模型。炉内气体的流动采用标准k-ε模型计算,燃烧过程的模拟采用混合分数/PDF模型,辐射换热采用DO模型计算。通过所建立的数学模型计算低负荷时,比例控制和脉冲控制2种情况下,炉内气体流动、气体体积分数及温度的分布。计算结果表明:在低负荷下,脉冲控制有利于加强煤气与空气的混合,提高煤气燃烧速率,防止O_2在钢坯表面的聚集,有利于减小钢坯的氧化烧损,提高钢坯表面热流沿炉宽方向分布的均匀性。     

汽油掺烧甲醇裂解气的燃烧特性研究

为了评估掺烧甲醇裂解气对发动机燃烧特性的影响,基于某型发动机进行数值仿真与台架试验,运用CONVERGE建立其仿真模型,并通过发动机缸压对仿真模型进行标定,进而研究了汽油发动机掺烧甲醇裂解气后点火提前角、掺混比和过量空气系数对发动机燃烧特性的影响.结果表明:当其他条件相同时,平均指示压力随着点火提前角的增大先升高后降低;在最佳点火角下,掺烧甲醇裂解气发动机相比于原汽油机动力性变化不大时,指示热效率有所提高.当掺烧甲醇裂解气后,随着掺混比例的增加,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的升高,且燃烧速度加快,放热更加集中.当掺混比例一定时,随着过量空气系数的增大,缸内压力、温度和放热率都有不同程度的降低,相应地可以通过改变掺混比例来适应过量空气系数的变化.同时甲醇裂解气的点火界限十分宽泛,当过量空气系数为1.4时,汽油已经难以点燃,燃烧恶化,当掺烧甲醇裂解气后,燃烧状况明显好转,可实现稀薄燃烧.由此可见:汽油掺烧甲醇裂解气可以改善燃烧特性,提高指示热效率;在汽油掺烧甲醇裂解气发动机上,利用稀薄燃烧、优化点火正时等,可以在发动机部分负荷工况下得到更好的燃油经济性.     

多孔介质内往复流动燃烧温度分布的实验研究

通过实验研究了多孔介质内往复流动下超绝热燃烧温度分布特性.对各种工况参数下,正反向流动半周期内,超绝热燃烧系统燃烧室内多孔介质轴向温度分布进行了测量.结果表明,不同物理参数条件下,燃烧室内的温度分布在半周期内变化具有不同的特点;一定条件下,燃烧室内有可能产生二维胞室结构热点.     

横纵向尺度对圆柱形密闭空间火烟流影响分析

 分析了圆柱形密闭空间内火驱动烟气流动的几何特征。由于顶蓬的拱形形状限制,烟流既沿着顶蓬倾斜向下运动,还将向火区中心水平流动,使得火区上方的烟气沉降速度要较两侧明显加快。采用大涡模拟和混合分数方法,对圆形横截面密闭空间火灾进行数值分析,计算结果验证了圆柱形密闭空间内烟流的几何预测。通过对横向尺寸为6.4m,纵向尺度分别为6m、9m、12m的圆柱形空间火灾烟气温度分布比较,表明随着纵向尺度的增加,受限空间内顶蓬下2cm和顶蓬下D/4处温度值显著下降,且延迟了顶蓬处达到温度最大值的时间。通过对纵向尺度为12m,横向尺度分别为3.2m、6.4m、9.2m的圆柱形空间温度分布比较,表明随着横向尺度的增加,顶棚下2cm和顶蓬下D/4处温度温度同样明显下降,并当横截面尺度为3.2m时,使得受限空间内氧气含量不足,约 160s时火源停止了燃烧。横截面尺度的缩小将限制火源的持续燃烧,使火源热释放速率迅速下降,显著降低火场的危害性。     

汽油/加氢催化生物柴油混合燃油简化机理的构建及验证

针对汽油/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油可改善汽油直喷压燃模式中低负荷着火困难和燃烧不稳定的现象,基于燃油分子结构和理化特性相似原则,提出了正十六烷作为加氢催化生物柴油的表征燃料.采用多种简化方法对正十六烷详细机理(POLIMI＿1 412)进行简化,并与汽油表征燃料骨架机理以及氮氧化物子机理进行耦合,获得了82个组分和370步基元反应的汽油/HCB混合燃油简化机理.采用反应路径分析和敏感性分析方法,对部分反应的反应速率常数进行优化.结果表明：对着火延迟期的敏感性分析发现,各反应的敏感性随温度和当量比变化显著;低温工况下,大多数低温反应对着火起控制作用,而对于层流火焰速度,主要是小分子反应起控制作用;通过对简化机理的着火延迟期、层流火焰速度和组分摩尔分数进行对比验证,以及对简化机理在压燃发动机仿真中的适用情况进行验证,发现简化后获得机理可以很好预测汽油/HCB混合燃油着火燃烧特性.