空间反应和入口速度对甲烷催化反应的影响

为研究微尺度催化燃烧的规律,联合使用计算流体力学软件FLUENT和计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHEM对微型直通道中甲烷/空气预混气体在镀Pt热表面上的催化燃烧进行了数值模拟。假定燃料混气入口当量比为0.4和1.0,入口速度为0.08～0.64m.s-1。计算结果表明:在微尺度条件下,空间反应对表面催化反应的影响可以忽略,表面催化反应对空间反应有一定的抑制作用;混气入口速度的提高会抑制表面催化反应,但如果相应增加催化剂量,提高混气入口速度将促进表面催化反应。     

甲烷催化燃烧NOx排放特性的数值模拟

采用详细表面反应机理与气相反应机理GRI 3.0对甲烷-空气混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行二维数值模拟,讨论了不同甲烷浓度对NO_x排放量的影响,并对不同孔径内的浓度场、温度场与流场进行了研究。模拟结果表明：甲烷浓度的提高增加了反应器的排烟温度和NO_x排放量;孔道内径通过影响气相反应速率和催化反应速率改变了孔道内的温度场和速度场,进而影响了NO_x的生成;孔径的减小使得反应器的单位面积放热量和NO_x排放量均降低。以上结果可为优化催化反应器设计、降低其NO_x排放量提供参考。     

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。     

多孔介质内气/液燃料过滤燃烧的试验

摘要： 研究了小球自由堆积型多孔介质内丙烷/空气混合气的低速过滤燃烧过程,分析了燃烧室内温度、燃烧波传播速度和排放特性,以及当量比、入口气体速度等参数对过滤燃烧与排放特性的影响;实现了常压下柴油在多孔介质内的预蒸发自维持过滤燃烧,并研究了液体燃料过滤燃烧的温度特性.结果表明：在燃烧的不同阶段,预混合气燃烧波的传播速度与燃烧室内高温区域的范围差别较大;随着当量比增加,燃烧波的平均传播速度降低,燃烧温度升高,排放量增加;随着入口气体速度增大,燃烧波的传播速度增大,排放量降低;液体燃料过滤燃烧的最高温度低于气体燃料的最高温度,且燃烧器的中心温度与壁面温度差异较大.     

多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

微型凹腔燃烧器内氢气/空气的预混燃烧特性

使用计算流体动力学软件FLUENT,并采用详细的化学反应机理,对当量比为0.5的氢气/空气预混气在带凹腔的平板型微通道内的燃烧特性进行了数值模拟.探讨了进气速度和凹腔的长深比对微通道内的温度场、燃烧效率和排烟温度的影响.计算结果表明:随着进气速度的增大,火焰被吹向下游,并且使火焰变得狭长,这会使得壁温分布更加均匀;在同一长深比下,燃烧效率随着进气速度的增加而降低,而排烟温度随着进气速度的增大先升高后降低;当长深比从1增大到3时,增大凹腔的长深比能拓展吹熄极限;长深比从3增大到4时,其吹熄极限相同.     

多孔介质内预混气体燃烧稳定操作范围的研究

为优化多孔介质燃烧器设计,考察了多孔介质的物性参数对稳定燃烧速度极限的影响.建立了甲烷/空气预混气体在多孔介质内燃烧的二维数学模型,在FLUENT软件中加入自定义编程,用求解瞬态控制方程的方法对多孔介质内的稳定燃烧进行计算,考察了当量比、多孔介质的辐射衰减系数及导热系数对速度极限的影响.结果表明,当量比从0.55增加到0.9时,速度的最小和最大极限值有明显增加,稳定燃烧的最大与最小速度极限差从0.12增加到0.72;与参考算例相比,当下游区域导热系数增加5倍而上游导热系数保持不变时,稳定燃烧最大与最小速度极限差增加到0.47;上游多孔介质的辐射衰减系数增加而下游辐射衰减系数保持不变,可以达到相对最大的稳定操作范围.     

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%。     

氧化环境中炭粒燃烧偏离平衡流解

探讨氧化环境下相对静止的炭粒在偏离平衡流情况下的解。当Ｄｇ降为有限值时，燃烧偏离平衡流，火焰锋面变厚，火焰位置有所偏离，此时燃烧速度取决于表面两个多相反应和空间气相反应，随着Ｄｇ降低，燃烧率下降，当Ｄｇ低于一临界值Ｄｇ＾０时，空间气相反应不再发生。     

基于催化燃烧辅助供热的燃料电池低温启动过程研究

提出了一种解决燃料电池系统低温启动的策略,将氢气和空气预混合气体在燃料电池外部进行催化燃烧,然后将燃烧后的尾气通入燃料电池阴极流场和水流场以加热燃料电池系统.基于此低温启动策略,搭建了低温启动试验平台,研究了反应物混合气流量、氢气体积分数等参数对燃料电池低温启动过程的影响.试验结果表明:增大反应物混合气流量或增加氢气体积分数均能缩短低温启动时间;当流量为3L.min-1,氢气体积分数为5%时,电池内部温度在540s内上升到冰点以上温度,可以初步满足低温启动的要求.     

中介尺度活塞式内燃机氢氧燃烧过程的数值模拟

中介尺度条件下的氢氧预混燃烧,其燃烧速率主要由化学反应速度决定。于是采用层流有限速率模型,运用详细氢氧19步基元反应化学动力学机理和动态网格数值方法,对中介尺度准气体动力循环活塞式热力发动机超高燃烧负荷率氢氧预混燃烧过程进行了模拟。研究表明:中介尺度移动边界微小封闭空间的氢氧预混燃烧具有稳定性;采用表面炽热点火形式的中介尺度准气体动力循环的活塞式内燃机,能够实现工质高温吸热、内能增加和对外做功的完整热力学过程;而循环周期、初始压力、相对燃空比等运行参数对移动边界微小封闭空间的氢氧燃烧过程具有复杂的影响。     

天然气低碳催化燃烧特性与应用

催化燃烧反应较低的活化能容许反应在贫碳氢化合物浓度下发生,因此绝热反应的温度低于NOx形成的限制,并完全氧化,不形成CO和未完全燃烧的碳氢化合物,燃烧发生在常规气相易燃极限之外,因此燃烧更加稳定。根据分步化学机理方法模拟出的结果可以得出,铂表面的异相反应抑制了气相氧化反应的程度,并且提高了单相点燃的表面温度。在此理论的指导下,进行了多种天然气催化燃烧装置的设计和研究,催化燃烧过程可达到近零污染排放。作为低碳战略,对天然气催化燃烧锅炉、烤箱和炉窑的应用前景进行了讨论。     

H2/RP-3航空煤油混合燃料着火特性研究

实现碳氢燃料的快速点火与稳定燃烧是超燃冲压发动机研制过程中必须解决的关键问题。在航空煤油中添加乙醇燃料,利用乙醇热分解得到氢气等可燃小分子气体来改善燃烧过程是达到促进航空煤油着火与燃烧稳定的有效手段。选取正癸烷、甲苯、丙基环己烷三组份混合燃料作为RP-3航空煤油的模拟替代燃料,构建了其燃烧反应机理;并对该机理进行了验证。为揭示氢气对RP-3航空煤油着火特性的影响,构建了RP-3航空煤油/氢气混合燃料的燃烧反应机理;并对该机理进行了验证。同时,采用该燃烧反应机理分析了多工况下掺氢比对RP-3航空煤油着火特性的影响。结果表明,采用正癸烷、甲苯、丙基环己烷三组份混合燃料的燃烧反应机理计算得到的着火延迟时间与相应工况下RP-3航空煤油着火延迟时间的试验数据吻合良好;多工况下氢气添加能够提升RP-3航空煤油/氢气混合气活性,缩短着火延迟时间,促进燃料着火;同时,随着混合气中掺氢比的升高,混合气的着火延迟时间逐渐缩短。     

MILD燃烧条件下掺氢比对甲烷-氢气湍流扩散火焰的影响

采用二维轴对称的仿真方法对JHC实验中的第二级MILD燃烧进行数值模拟,研究了燃料体积流量不变时,掺氢比对甲烷-氢气湍流扩散火焰的影响规律.结果表明:随着掺氢比增加,燃料与氧化剂的混合程度逐渐提高,混合气体的总流速及其径向分量不断减小,火焰锋面逐渐向氧化剂侧倾斜,OH自由基的最大质量分数呈现出先上升后下降的趋势;在燃烧温度方面,虽然MILD燃烧主要放热反应区域内的燃烧温度随掺氢比的增加不断增大,但当掺氢比大于20%时,掺氢比的进一步提高对最高燃烧温度影响很小.     

氢气超声速燃烧过程的多步简化反应机理数值模拟

为了减少燃烧试验次数和改进超燃冲压发动机结构设计,采用大型模拟软件Fluent,对氢气和空气在超燃冲压发动机内的超声速流动与燃烧过程进行数值模拟。首先对空气和燃料在发动机中的冷混流动进行模拟,然后分别采用一步总包或多步简化化学反应机理,模拟超声速燃烧过程。结果显示,采用一步总包反应机理时,燃料点火容易,得到的燃烧效率也比较高,但是得到的温度偏高;采用多步简化反应机理,不容易点火,模拟过程中火焰易灭,模拟所需要的时间也比较长,但得到的流场与实验过程更接近。     

氢气燃烧技术及其进展

随着碳减排政策的不断推进,氢气因其高能量密度和低碳排放特性被视为一种理想的能源,并广泛应用于化工原料制备、移动出行、电力生产以及工业和家庭用热等领域,而燃烧是目前氢能利用的重要方式之一。基于此,通过对比氢气与天然气的物理化学特性,详细分析和探讨了氢气燃烧过程中存在的各种类型的回火、热声振荡以及氮氧化物排放超标问题发生的原因和解决方法;而后,概述了氢气催化燃烧和微尺度燃烧在工业脱氢、家庭供热和微机电系统等领域的应用现状和发展方向;最后,结合目前世界各国天然气掺氢燃烧的发展现状和中国天然气管网的相应标准,指出中国发展天然气掺氢燃烧的优势和关键问题,总结了氢气燃烧技术的发展现状与发展趋势。     

天然气低碳催化燃烧的应用与雾霾防治

在理论研究中,只有当催化表面温度显著高于普通自点燃温度时,气相燃料和空气混合物才会被点燃。既然催化反应延伸到了清洁和稳定氧化条件持续的范围,催化反应抑制了气相燃烧是合适的。在此理论的指导下,自主原创研发了几种天然气催化燃烧设备,其中天然气催化燃烧烤箱和天然气催化燃烧炉窑已形成成熟设备。将催化燃烧技术引入到雾霾治理中,可以为雾霾治理提供一种新思路。     

稀土催化剂(Ce、La)用于丙烷催化燃烧的研究进展

目的 挥发性有机物(VOCs)对人体健康和生态环境都有不良影响,已引发研究者的广泛关注。催化燃烧是处理VOCs的有效技术之一,具有去除效率高、无二次污染等优势。稀土元素Ce、La及其氧化物因特殊的理化性质常作为催化助剂或载体,在催化燃烧中起着重要作用。因此针对稀土催化剂(主要为Ce、La),综述了其在丙烷催化燃烧中的应用及相应的催化反应机制以及未来的发展方向。方法 通过对Ce基和La基催化剂在丙烷催化燃烧中的研究和应用进行综述,分析了稀土催化剂的反应机理及发展方向。结果 首先,Ce、La及其氧化物可调节催化剂的整体结构、形貌和比表面积等物理性质;同时,上述物质也可与催化剂内的其他金属相互作用,从而有效调控材料中的氧空位密度,最终增强对丙烷催化燃烧的反应活性。其次,CeO₂作为载体能与活性金属产生有赖于CeO₂形貌和晶面的金属-CeO₂相互作用,这会对催化剂的结构和性能产生极大影响。此外,也讨论了通过优化合成方法和表面改性所获得的La系钙钛矿催化剂在丙烷催化燃烧中的应用研究。结论 目前,稀土基催化剂的催化作用机制探索尚处于...