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Journal of Thermal Science 2020年第4期29卷 868-883页

作者： SHU Ziyun WANG Feifei DAI Chong si jicang WANG Bo MI Jianchun Department of Energy and Resource Engineering College of EngineeringPeking UniversityBeijing 100871China China Ship Development and Design Center Wuhan 430074China School of Environmental Science and Engineering Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

This study investigated the formation and emission characteristics of nitric oxide(NO) from flameless MILD(moderate or intensive low-oxygen dilution) combustion(MILDC) versus traditional visible-flame combustion(TC) in a 30-k W furnace. Both combustion processes were experimentally operated successively in the same furnace, burning natural gas at a fixed rate of 19 k W and the equivalence ratio of 0.86. Numerical simulations of TC and MILDC were carried out to explain their distinction in the measured furnace temperature and exhaust NO emissions. Present measurements of the NO emission(XNO) versus a varying furnace wall temperature(Tw) have revealed, at the first time, that the relationship of XNO ~ Tw was exponential in both TC and MILDC. By analyzing the simulated results, the average temperature over the reaction zone was identified to be the common characteristic temperature for scaling NO emissions of both cases. Moreover, relative to TC, MILDC had a fairly uniform temperature distribution and low peak temperature, thus reducing the NO emission by over 90%. The thermal-NO formation was found to contribute more than 70%-80% to the total XNO from TC while the N2O-intermediate route dominated the NO emission from MILDC.

关键词： MILD(moderate or intensive low-oxygen dilution)combustion traditional combustion NO emission

Highly adaptive triboelectric tactile sensor on the foot of autonomous wall-climbing robots for detecting the adhesion state and avoiding the hazard

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Nano Research 2024年第7期17卷 6518-6526页

作者： Zhaoyang Wang Jianhua Liu Ziyu Wang Chang Liu Qingyu Chen Chaofan Zhang Wenbo Zhang jicang si Xiu Xiao Peng Xu Minyi Xu Dalian Key Lab of Marine Micro/Nano Energy and Self-powered System Marine Engineering CollegeDalian Maritime UniversityDalian 116026China Information Science and Technology College Dalian Maritime UniversityDalian 116026China Navigation College Dalian Maritime UniversityDalian 116026China Intelligent Biomimetic Design Lab College of EngineeringPeking UniversityBeijing 100871China

Due to the excellent maneuverability and obstacle crossing of legged robots,it is possible for an autonomous legged wallclimbing robots to replace manual inspection of ship exterior ***,when the magnetic adsorption legged wallclimbing robot steps on the convex point or convex line of the wall,or even when the robot missteps,the robot is likely to detach from the ferromagnetic ***,this paper proposes a tactile sensor for the legged magnetic adsorption wall-climbing robot to detect the magnetic adsorption state and improve the safety of the autonomous crawling of the *** tactile sensor mainly comprises a three-dimensional(3D)-printed shell,a tactile slider,and three isometric sensing units,with an optimized *** experiment shows that the triboelectric tactile sensor can monitor the sliding depth of the tactile slider and control the light-emitting device(LED)signal *** addition,in the demonstration experiment of detecting the adsorption state of the robot's foot,the triboelectric tactile sensor has strong adaptability to various ferromagnetic wall ***,this study establishes a robot gait control system to verify the feedback control ability of the triboelectric tactile *** results show that the robot equipped with the triboelectric tactile sensor can recognize the dangerous area on the crawling wall and autonomously avoid the ***,the proposed triboelectric tactile sensor has great potential in realizing the tactile sensing ability of robots and enhancing the safety and intelligent inspection of ultra-large vessels.

关键词： legged wall-climbing robot ship inspection tactile perception triboelectric sensor

稀释剂和氧浓度对甲烷非预混MILD富氧燃烧影响的模拟研究

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中国电机工程学报 2021年第11期41卷 3692-3701页

作者：司济沧舒子云王国昌王勃米建春北京大学工学院北京市海淀区100871 中国舰船研究设计中心湖北省武汉市430072 北京市科学技术奖励工作办公室北京市海淀区100444

通过数值模拟方法研究了不同氧化剂(O_(2)/N_(2)、O_(2)/CO_(2)和O_(2)/H_(2)O)和燃烧器出口氧浓度(21%~30%)对15kW实验炉内甲烷非预混中度与极度低氧稀释(moderate or intense lowoxygen dilution,MILD)富氧燃烧的流场、燃烧场及湍流–化学相互作用的影响。研究结果表明,不同稀释剂下炉内流动和烟气卷吸情况几乎相同,但在炉内反应方面存在较大差异。各稀释剂下炉内燃烧温度和CO、OH浓度的高低顺序为:N_(2)>CO_(2)>H_(2)O。而且,N_(2)稀释时炉内存在集中的高温区(>1800K),且温度和组分浓度随氧浓度增大而快速升高。而CO_(2)或H_(2)O稀释时炉内温度、组分分布均匀,且对氧浓度变化不敏感。另外,相比CO_(2)或H_(2)O稀释,N_(2)稀释下反应区内的层流火焰速度和Damköhler数(Da)更大,且随氧浓度的升高而急剧增加,30%氧浓度下已经进入传统薄反应区燃烧模式。而CO_(2)或H_(2)O的稀释可以显著降低层流火焰速度,增长化学反应时间,减小Da数,在高氧浓度下依旧保持在分布式反应区,即MILD燃烧区。因此,相比N_(2)稀释,CO_(2)或H_(2)O稀释下更有利于建立MILD富氧燃烧。

关键词：中度与极度低氧稀释富氧燃烧非预混稀释剂氧浓度湍流–化学相互作用

燃料稀释和喷嘴布置对甲烷非预混MILD氧燃烧的影响

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中国电机工程学报 2021年第17期41卷 5973-5982页

作者：王国昌王勃司济沧舒子云朱荣米建春北京大学工学院北京市海淀区100871 北京市科学技术奖励工作办公室北京市海淀区100444 中国舰船研究设计中心湖北省武汉市430072 北京科技大学冶金与生态工程学院北京市海淀区100083

中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution, MILD)氧燃烧能够同时实现低碳和低NOx排放,是一种很有前景的燃烧技术。通过实验研究CO2稀释甲烷的非预混MILD氧燃烧炉内CO2稀释量(30%~80%体积分数)和喷嘴布置(中心燃料... 详细信息

中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution, MILD)氧燃烧能够同时实现低碳和低NOx排放,是一种很有前景的燃烧技术。通过实验研究CO2稀释甲烷的非预混MILD氧燃烧炉内CO2稀释量(30%~80%体积分数)和喷嘴布置(中心燃料喷嘴或中心氧化剂喷嘴)对燃烧和排放特性的影响。实验表明,随着燃料稀释程度的升高,炉内温度和NO排放均降低,但CO排放有所升高。另外,过高的稀释度(如80%)会导致炉内燃烧不稳定,易发生熄火。但预热燃料可以避免这一问题。70%燃料稀释度下,炉内温度分布均匀,NO排放较低(<20×10-6),且对当量比、燃料预热温度和氧化剂中氧气浓度的变化不敏感,更有利于MILD氧燃烧的实际应用。此外,实验发现,相比中心燃料喷嘴的布置,中心氧化剂喷嘴布置下,炉内温度分布更加均匀,NO排放极低(≈5×10-6),更有利于建立超低排放的MILD氧燃烧。因此,实际燃烧器设计时可以考虑这种布置。

关键词： MILD氧燃烧稀释燃料 CO2稀释喷嘴布置 NOx排放

二氧化碳、水和氮气稀释条件下甲烷MILD氧燃烧的实验研究

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中国电机工程学报 2021年第18期41卷 6312-6320页

作者：王国昌舒子云司济沧王勃朱荣米建春北京大学工学院北京市海淀区100871 中国舰船研究设计中心湖北省武汉市430072 北京市科学技术奖励工作办公室北京市海淀区100444 北京科技大学冶金与生态工程学院北京市海淀区100083

中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)氧燃烧技术能同时实现低碳和超低NO_(x)排放,是一种创新性的燃烧技术。通过实验方法研究了不同稀释剂(N_(2)、CO_(2)和H_(2)O)、氧气浓度、当量比和氧化剂预热温度下... 详细信息

中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)氧燃烧技术能同时实现低碳和超低NO_(x)排放,是一种创新性的燃烧技术。通过实验方法研究了不同稀释剂(N_(2)、CO_(2)和H_(2)O)、氧气浓度、当量比和氧化剂预热温度下甲烷非预混MILD氧燃烧和排放特性。实验发现,N_(2)、CO_(2)和H_(2)O稀释的所有工况中均没有观察到火焰。但N_(2)稀释时,炉内温度和NO排放都比较高,且当氧浓度、当量比或氧化剂温度增加时,NO排放急剧升高(>100×10^(-6)),因此无法实现较好的MILD氧燃烧。与之相比,CO_(2)或H_(2)O稀释下,炉内温度较低,NO排放也非常低(20×10^(-6)),但H_(2)O稀释下几乎没有CO排放,且NO排放最低(≈1× 10^(-6))。因此,H_(2)O稀释最有利于实现超低排放的MILD氧燃烧。但实际炉膛应用时需要注意防止H_(2)O稀释造成的炉壁汲水和因此导致的热效率降低、甚至熄火。

关键词：中度与极度低氧稀释氧燃烧非预混氧浓度 CO_(2)稀释 H_(2)O稀释 N_(2)稀释 NO_(x)排放

NH_(3)/H_(2)掺混MILD燃烧及NO_(x)排放特性的数值模拟

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洁净煤技术 2024年第8期30卷 107-116页

作者：刘祥涛王国昌司济沧李鹏飞米建春北京大学工学院北京100871 太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室太原030024 大连海事大学轮机工程学院大连116026 华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

化石能源的利用推动了人类社会的进步,但也造成了全球气候变化,威胁人类的生存与发展。在此背景下,氨和氢作为零碳燃料引起了人们的重视,但其燃烧利用面临诸多问题。MILD燃烧是一种新型燃烧方式,有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,... 详细信息

化石能源的利用推动了人类社会的进步,但也造成了全球气候变化,威胁人类的生存与发展。在此背景下,氨和氢作为零碳燃料引起了人们的重视,但其燃烧利用面临诸多问题。MILD燃烧是一种新型燃烧方式,有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,但目前研究非常有限。采用数值模拟方法对预混NH_(3)/H_(2)射流火焰的MILD燃烧和排放特性进行研究。改变了射流中的氢气比例(X(H_(2))F)和当量比(Φ_(J)),并详细分析了温升、反应域、抬升高度、自由基浓度以及氮氧化物(NO_(x))排放等。结果表明,添加少量H_(2)可显著增强NH_(3)火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,X(H_(2))_(F)的增加能提高燃烧温度,加快H、O和OH自由基的产生,并使燃烧模式由MILD燃烧转变为高温燃烧。富燃料且氢气比例较低时,NH_(3)在燃烧前大量分解为H_(2),导致燃烧温度较高。关于NO_(x)排放,N_(2)O和NO是最主要来源,NO_(2)可忽略不计。整体上,N_(2)O和NO的排放随X(H_(2))_(F)的增加先升高再降低。当X(H_(2))_(F)较低时,N_(2)O的浓度峰值与排放量和NO相当。提高X(H_(2))_(F),温度升高,导致N_(2)O转化为NO和N_(2),因此NO变为主要的NO_(x)排放源。此外,富燃工况中,燃烧温度、OH浓度及射流对伴流中氧气的卷吸共同影响NO排放。

关键词：氨/氢混合燃料 MILD燃烧当量比燃烧特性 NO_(x)排放

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基于N元素标记的NH_(3)燃烧识别NO_(x)生成来源

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电力科技与环保 2024年第5期40卷 495-503页

作者：李爽刘祥涛李雨钊司济沧大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116000 北京大学工学院北京100871

NH_(3)燃料是一种具有应用前景的零碳燃料,但点火困难、反应性低及NO_(x)排放高限制了其实际应用。为了精确区分NH_(3)燃烧过程中,由于燃料和氧化剂均含N元素,导致NO_(x)的生成源难以明确区分,且不同燃烧模式下NH_(3)燃料的NO_(x)生成... 详细信息

NH_(3)燃料是一种具有应用前景的零碳燃料,但点火困难、反应性低及NO_(x)排放高限制了其实际应用。为了精确区分NH_(3)燃烧过程中,由于燃料和氧化剂均含N元素,导致NO_(x)的生成源难以明确区分,且不同燃烧模式下NH_(3)燃料的NO_(x)生成差异显著性,本文基于已有研究的NH_(3)燃烧详细机理,通过一种类似于同位素标记的化学反应机理建立方式,构建了包含N元素标记的化学反应新机理,给出了详细的数学表达;并通过在仅涉及化学反应过程的均相反应器中,比较验证了区分(NH_(3)/N_(2)/O_(2))和不区分(NH_(3)/N_(2)/O_(2))下模拟结果的有效性。研究结果表明:标记后的机理与未标记的机理相比,组分最大摩尔分数和燃烧产物摩尔分数的平均误差在0.1%以内,且组分最大反应速率预测误差低于0.3%,证明了标记方式的有效性;均相反应器模拟结果显示,随着反应温度的升高,NO的生成源逐渐由以NH_(3)为主转向以N_(2)为主,说明NH_(3)燃烧在不同温度下生成NO的还原机理存在差别。

关键词：氨燃烧氮氧化物数值模拟均相反应器