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Laminar Flame Structure-Dependent Exergy Destruction Behavior at Auto-Ignition Time Scale:A Case Study of Dimethyl Ether(DME)

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Journal of Thermal Science 2024年第4期33卷 1257-1271页

作者： WU Honghuan huang Wenlin ZHAO Hao SUN Wuchuan huang zuohua ZHANG Yingjia State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’an710049China

Hybrid deflagration/auto-ignition flame structures coexist in the combustion of advanced *** exergy destruction caused by different irreversible processes under varied flame regimes is thus important for understanding engine *** this study,the flame propagation modes for the premixed DME/air mixtures are numerically investigated under engine-relevant *** entropy generation and exergy destruction characteristics are compared under different flame *** reveal that as the typical premixed flame transition towards auto-ignition front,the exergy destruction from heat conduction and species mass diffusion gradually vanish and are dominated by chemical *** distributions of temperature and species mole fraction in the flame domain are analyzed to clarify the exergy destruction behaviors caused by heat conduction and mass ***,by dividing the DME oxidation process into four stages,the main reaction channels that contribute to the increase in exergy destruction from chemical reaction have been *** is found that the production and consumption of CH_(2)O and HO_(2) radical dominate the exergy destruction behavior during DME *** this basis,the kinetic mechanism of low-temperature chemistry causing greater exergy destruction is ***,low-temperature chemistry leads to significant exergy destruction due to(a)the large irreversibility of itself and(b)(mainly)the enhancement of H_(2)O_(2)loop reactions by low-temperature reaction *** the reduction of combustion irreversibility is promising to be achieved by reasonably regulating the fuel oxidation path.

关键词： exergy destruction flame structures entropy generation low-temperature chemistry DME

缸内流场扰动对快速压缩机着火中间物种采样测量影响的数值研究

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 60-68页

作者：武颖韬饶伯暄汤成龙黄佐华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用... 详细信息

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用对正丁烷混合气自燃过程物种采样精度的影响规律。研究结果表明:受燃料NTC效应的影响,两种典型的物种采样方法均出现了反向稀释现象,即燃料的采样浓度偏低,中间产物的采样浓度偏高。反向稀释与采样方法的系统误差产生抵消,导致NTC区域内物种采样精度受气流扰动的敏感性降低。抑制燃烧缸内的气流扰动有利于提高采样精度,然而在绝对无扰动的流场下,整体冻结法的采样误差受热边界层作用反而会略微提高。该研究为燃料自燃过程中物种采样实验的设计及数据不确定性分析提供了有价值的参考。

关键词：物种采样气流扰动负温度系数着火延迟时间快速压缩机

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超临界水甲烷制氢的分子动力学研究

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 143-155页

作者：周淑梅赵浩黄佐华张英佳西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(CH_(4))在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时... 详细信息

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(CH_(4))在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时程和重要反应通道占比的影响,量化分析了反应温度、反应压力、CH_(4)质量分数对超临界水相反应中CH_(4)消耗路径和H_(2)生成反应的影响规律。仿真结果表明,CH_(4)在超临界水中氧化可转化为H_(2)、CO及少量C基中间体,H_(2)O+—H→-OH+H_(2)是贡献H_(2)生成的主导反应,反应过程中—OH自由基和—H原子的相对数量显著影响H_(2)产量。降低反应温度和压力对CH_(4)主要氧化路径影响较小,但H_(2)净产量增加;降低CH_(4)质量分数,H_(2)净产量先增加后减少,存在“最佳质量分数”。研究结果可为优化煤-超临界水气化过程中挥发分组分高效制氢方案提供参考。

关键词：分子动力学超临界水挥发分组分甲烷制氢机制

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甲烷掺混氢气长直管道压力振荡特性研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 908-914页

作者：吕森林李加兴胡二江黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本文研究了CH_(4)-H_(2)/空气的燃烧和压力振荡特性,在长直管道燃烧平台测量了初始压力为0.15、0.1 MPa,初始温度为298 K,掺氢比范围为0~100%,当量比范围为0.8~1.5,以及管道长径比为1.43、1.86、2.29的火焰发展图像和压力振荡数据。点... 详细信息

本文研究了CH_(4)-H_(2)/空气的燃烧和压力振荡特性,在长直管道燃烧平台测量了初始压力为0.15、0.1 MPa,初始温度为298 K,掺氢比范围为0~100%,当量比范围为0.8~1.5,以及管道长径比为1.43、1.86、2.29的火焰发展图像和压力振荡数据。点火形式有单点和双点。结果表明,指形火焰阶段是强压缩波形成的重要阶段,火焰加速时间和传播速度均是影响压缩波强度的因素。随着掺氢比增加,压力振荡强度整体趋势上升,主频分布在3080 Hz~3470 Hz。双点火条件下,各长径比下的压力峰值、升高率以及振荡强度均高于单点火,振荡的主频分布规律与单点火相同。

关键词：甲烷氢气压力振荡振荡强度火焰自加速

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甲烷/空气预混旋流火焰回火实验与模拟研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1605-1614页

作者：王云程王金华夏昊张玮杰黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

回火是贫燃预混低污染燃烧室中重要的燃烧不稳定问题之一。本文通过实验结合大涡模拟对钝体旋流燃烧器甲烷/空气预混旋流火焰回火过程进行研究。结果表明,在低湍流(雷诺数Re=4000)和高旋流(旋流数S=1.3)条件下,上游火焰传播由火舌引导... 详细信息

回火是贫燃预混低污染燃烧室中重要的燃烧不稳定问题之一。本文通过实验结合大涡模拟对钝体旋流燃烧器甲烷/空气预混旋流火焰回火过程进行研究。结果表明,在低湍流(雷诺数Re=4000)和高旋流(旋流数S=1.3)条件下,上游火焰传播由火舌引导的回火模式主导,火舌围绕中心钝体壁面以几乎恒定的回火速度向上游传播,在此过程中火焰–流动相互作用主要发生在火舌前侧。在火焰参考系下,火舌上游的流动偏转主要受径向压力梯度、科氏力以及离心力的影响。

关键词：预混旋流火焰回火大涡模拟火焰–流动相互作用

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氨气掺混乙烯层流燃烧速度测量及动力学分析

工程热物理学报 2024年第2期45卷 558-568页

作者：刘博文郭晓阳胡二江殷阁媛黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本文利用定容燃烧弹测量了不同掺混比(0-1)下NH_(3)/C_(2)H_(4)/air火焰的层流燃烧速度。对NH3/air、C_(2)H_(4)/air层流燃烧速度进行验证,并利用Konnov Mech(2021)及GRI 3.0模型对NH_(3)/C_(2)H_(4)/air火焰层流燃烧速度进行数值计算和动力学分析,其中Konnov机理表现出不错的性能。结果表明,C2H4的添加提高了层流燃烧速度,同时,NH_(3)和C_(2)H_(4)掺混,拓展了反应路径,通过一系列组分NO、CH_(3)等来交互加快反应。最后,通过分析活性自由基H、O、OH的浓度,探究了不同机理在预测层流燃烧速度产生差异的原因。

关键词：氨气乙烯层流燃烧速度化学反应动力学

NH_(3)/H_(2)预混合气激光点火特性实验

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燃烧科学与技术 2024年第1期30卷 9-16页

作者：张俊杰江鑫刘昀洋胡二江黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

基于定容燃烧弹,在不同初始压力、当量比和掺氢比条件下,对NH_(3)/H_(2)预混合气进行了激光点火实验研究,分析了不同条件下的火焰发展形态及最小点火能量EMI.研究发现,随掺氢比的增加,火焰受浮力的影响减弱,火焰边界逐渐清晰;升高压力... 详细信息

基于定容燃烧弹,在不同初始压力、当量比和掺氢比条件下,对NH_(3)/H_(2)预混合气进行了激光点火实验研究,分析了不同条件下的火焰发展形态及最小点火能量EMI.研究发现,随掺氢比的增加,火焰受浮力的影响减弱,火焰边界逐渐清晰;升高压力能降低混合气的EMI,但不同当量比混合气的EMI受压力改变的影响程度不同;纯氨气的火焰发展极不稳定且EMI极高,掺混H_(2)后能极大降低EMI,可以有效拓宽氨气的可燃使用范围,其中掺氢比为10%时,EMI降低效果最明显.

关键词：激光点火氨气最小点火能量点火成功率定容燃烧弹

Formic acid dehydrogenation reaction on high-performance Pd_(x)Au_(1−x) alloy nanoparticles prepared by the eco-friendly slow synthesis methodology

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Frontiers in Energy 2023年第6期17卷 751-762页

作者： Yibo GAO Erjiang HU Bo huang zuohua huang State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China Institute of Chemical Engineering and Technology Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 712000China

Dehydrogenation of formic acid (FA) is considered to be an effective solution for efficient storage and transport of hydrogen. For decades, highly effective catalysts for this purpose have been widely investigated, but numerous challenges remain. Herein, the Pd_(x)Au_(1−x) (x = 0, 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1) alloys over the whole composition range were successfully prepared and used to catalyze FA hydrogen production efficiently near room temperature. Small PdAu nanoparticles (5–10 nm) were well-dispersed and supported on the activated carbon to form PdAu solid solution alloys via the eco-friendly slow synthesis methodology. The physicochemical properties of the PdAu alloys were comprehensively studied by utilizing various measurement methods, such as X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption–desorption, high angle annular dark field-scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM), X-ray photoelectrons spectroscopy (XPS). Notably, owing to the strong metal-support interaction (SMSI) and electron transfer between active metal Au and Pd, the Pd0.5Au0.5 obtained exhibits a turnover frequency (TOF) value of up to 1648 h−1 (313 K, nPd+Au/nFA = 0.01, nHCOOH/nHCOONa = 1:3) with a high activity, selectivity, and reusability in the FA dehydrogenation.

关键词： FA dehydrogenation face-centred cubic structures PdAu solid solution alloy nanoparticles slow synthesis methodology SMSI effect

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铝/水两相自点火实验和理论研究

西安交通大学学报 2024年第9期58卷 62-71页

作者：宋会棒黄文林黄佐华折勇王立民陈頔张英佳西安交通大学绿色氢电全国重点实验室西安710049 内蒙动力机械研究所呼和浩特010010

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应... 详细信息

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应、压力效应和尺度效应,揭示了铝/水和铝/氧点火机理的差异性,构建了铝/水自点火温度预示模型。实验结果表明:铝/水点火模式为小粒径颗粒优先着火,再引燃大粒径铝颗粒着火;临界自点火温度与铝颗粒粒径呈现反向依赖关系;点火延迟时间与温度关系符合Arrhenius关系式,颗粒越大,点火延迟的温度敏感性越高;纳米级铝粉点火延迟呈现较强的压力依赖行为,高压下火焰区域更为集中,铝粉颗粒之间竞争氧化剂更加剧烈;铝粉点火延迟的尺度效应明显,1500K下50.0μm粒径铝粉点火延迟时间约为100nm粒径铝粉的30倍。研究结果表明,铝/水自点火特性优于铝/氧,所构建的铝/水模型对微米颗粒自点火温度的预测值与文献实验值偏差较小。该研究的基础燃烧数据和点火机制理论分析可为铝/水冲压发动机的燃烧组织优化及燃烧室结构设计提供理论依据,为铝/水点火机理和模型的发展提供研究思路。

关键词：铝/水冲压发动机激波管点火延迟点火温度