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不同压力下对冲扩散火焰燃料型NO生成特性

工程热物理学报 2016年第11期37卷 2489-2493页

作者：沈文锋张海吴玉新张缦清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

采用NH3模拟燃料氮,数值预测了Ar稀释的CH_4/空气对冲扩散火焰在不同压力下NO的生成,并讨论了燃料型NO生成量的影响因素。结果表明:随着燃料氮含量的增加,燃料型NO反应路径逐渐成为NO生成的主要路径。其生成量随着压力的增加而减少。燃... 详细信息

采用NH3模拟燃料氮,数值预测了Ar稀释的CH_4/空气对冲扩散火焰在不同压力下NO的生成,并讨论了燃料型NO生成量的影响因素。结果表明:随着燃料氮含量的增加,燃料型NO反应路径逐渐成为NO生成的主要路径。其生成量随着压力的增加而减少。燃料中CH_4含量和气流出口速度对燃料型NO均有一定影响。CH基团同时参与NO的生成与还原反应,在本文工况下对NO还原反应影响更大,随着燃料中CH_4含量的增加,NO峰值会略有减小。气体出口速度增加,高温区变小,反应物在高温区的停留时间变短,对NO还原反应影响强于NO生成反应,因此随着出口速度增加,NO峰值略有增加。

关键词：压力对冲扩散火焰燃料氮 NO

正庚烷对冲扩散火焰中多环芳烃形成机理的简化

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燃烧科学与技术 2007年第2期13卷 163-168页

作者：钟北京席军清华大学航天航空学院北京100084

使用敏感性分析对正庚烷对冲扩散燃烧火焰中多环芳烃生成的详细反应机理(包括108种组分、572个基元反应)进行简化,得到了可与CFD多维模型耦合计算的简化机理,该机理包括56种组分、83个基元反应.简化机理和详细机理的计算结果非常吻合,... 详细信息

使用敏感性分析对正庚烷对冲扩散燃烧火焰中多环芳烃生成的详细反应机理(包括108种组分、572个基元反应)进行简化,得到了可与CFD多维模型耦合计算的简化机理,该机理包括56种组分、83个基元反应.简化机理和详细机理的计算结果非常吻合,表明得到的简化机理能够精确地描述正庚烷对冲扩散火焰的燃烧特性,并且能够定量预测多环芳烃(例如苯、萘、菲、芘等)的生成.

关键词：正庚烷对冲扩散火焰多环芳烃简化机理模型敏感性分析

基于化学爆炸模式分析方法的二甲醚对冲扩散火焰中NO_(x)排放机理研究

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动力工程学报 2022年第5期42卷 444-449页

作者：熊得杨亢银虎高新王泉海卢啸风重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

研究了化学爆炸模式分析(CEMA)方法在NO_(x)排放机理中的应用及可行性,揭示了主导NO_(x)排放路径的作用机理,并确定了NO_(x)排放的关键反应动力学因素。结果表明:CEMA方法可以准确表征NO_(x)排放路径;在化学当量等值面,基元反应R309(N+N... 详细信息

研究了化学爆炸模式分析(CEMA)方法在NO_(x)排放机理中的应用及可行性,揭示了主导NO_(x)排放路径的作用机理,并确定了NO_(x)排放的关键反应动力学因素。结果表明:CEMA方法可以准确表征NO_(x)排放路径;在化学当量等值面,基元反应R309(N+NO_(x)=N+O)和R371(CH+N=HCN+N)分别在低、高全局拉伸率下对NO_(x)的排放影响最显著,减小其反应速率能极大地控制NO_(x)的排放量。

关键词：反应动力学 CEMA 二甲醚对冲扩散火焰 NO_(x) 排放

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甲烷-湿空气对冲扩散火焰中CO的生成特性

工程热物理学报 2006年第Z2期27卷 203-206页

作者：张哲巅王岳聂超群肖云汉中国科学院工程热物理所

本文描述了HAT循环中CO排放的基础研究结果。为了澄清加湿和CO排放的关系,采用GRI-mech3．0详细化学反应机理,对甲烷-湿空气对冲扩散火焰进行了数值研究。对不同的空气含湿量通过改变进口预热温度调节最高火焰温度,解耦湿空气影响火焰... 详细信息

本文描述了HAT循环中CO排放的基础研究结果。为了澄清加湿和CO排放的关系,采用GRI-mech3．0详细化学反应机理,对甲烷-湿空气对冲扩散火焰进行了数值研究。对不同的空气含湿量通过改变进口预热温度调节最高火焰温度,解耦湿空气影响火焰的温度和自由基浓度效应,研究甲烷-湿空气火焰中CO生成的化学机理。计算结果表明在火焰最高温度相同的情况下,湿空气中的水蒸汽使OH基浓度增加、O基和H基浓度降低,从而抑制CO的生成。这些结果有益于准确预测HAT循环中CO的排放。

关键词： HAT循环一氧化碳排放对冲扩散火焰

基于辐射光谱的对冲扩散火焰碳烟温度和体积分数的测量实验研究

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2023年第6期46卷 753-759,773页

作者：李磊周梦祥温大新王宇武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070

对冲扩散火焰是研究碳烟生成特性的理想平台,温度是碳烟生成的重要影响因素,碳烟体积分数是衡量碳烟生成率的重要指标,因此对冲火焰中碳烟温度和体积分数的准确测量对于开发减少碳烟排放策略至关重要。文章基于碳烟多光谱辐射(soot spec... 详细信息

对冲扩散火焰是研究碳烟生成特性的理想平台,温度是碳烟生成的重要影响因素,碳烟体积分数是衡量碳烟生成率的重要指标,因此对冲火焰中碳烟温度和体积分数的准确测量对于开发减少碳烟排放策略至关重要。文章基于碳烟多光谱辐射(soot spectral emission,SSE)方法同步测量对冲火焰中的碳烟温度和体积分数。考虑到对冲火焰空间尺度小,需要较高测量空间分辨率和位置精度的特点,开发一种用于对冲火焰精准测量定位的方法,有效地提高实验测量的位置精度;同时建立一套基于热电偶的光谱响应函数原位标定系统;最后使用SSE方法对常压环境不同工况下乙烯对冲扩散火焰的碳烟温度和体积分数进行测量。测量结果验证了对冲火焰碳烟温度场和浓度场的准一维性质;通过与消光法实验数据和采用详细化学反应机理的数值计算结果的对比,验证了SSE方法测量对冲火焰中碳烟温度及体积分数分布的可行性。

关键词：碳烟对冲扩散火焰碳烟光谱辐射(SSE) 光谱响应函数

甲烷对冲扩散火焰NO_x生成动力学特性研究

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热力发电 2007年第6期36卷 41-45页

作者：曹玉春魏新利吴金星王保东马新灵郑州大学河南郑州450001

根据NOx化学基元反应机理,通过化学动力学方法研究了甲烷燃烧不同工况下NOx的生成特性,分析影响NOx生成的主要因素。研究结果表明:甲烷对冲火焰基元反应机理GRI-Mech2.11对NO浓度预测值比GRI-Mech3.0更接近实际试验值;燃烧速度梯度增加... 详细信息

根据NOx化学基元反应机理,通过化学动力学方法研究了甲烷燃烧不同工况下NOx的生成特性,分析影响NOx生成的主要因素。研究结果表明:甲烷对冲火焰基元反应机理GRI-Mech2.11对NO浓度预测值比GRI-Mech3.0更接近实际试验值;燃烧速度梯度增加,甲烷燃烧着火提前,NO的排放浓度降低较多;燃烧当量比减少,燃烧高温区域增加,NO的排放浓度基本没有变化;采用高温空气燃烧技术时,降低高温空气中的氧量可以有效降低NOx的排放。

关键词：甲烷燃烧对冲扩散火焰 NOx产生特性反应动力学

异戊烯醇对冲扩散火焰中的碳烟/PAH生成特性研究

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异戊烯醇对冲扩散火焰中的碳烟/PAH生成特性研究

作者：姚俊杰华中科技大学

学位级别：硕士

碳烟是发动机排放的主要污染物之一,会对大气环境以及人体健康造成诸多不利影响。随着碳减排压力的增加,以醇类燃料为代表的生物燃料因其具有清洁、可再生、碳中性等众多优势受到了广泛关注。其中3-甲基-2-丁烯-1-醇(与3-甲基-3-丁烯-1... 详细信息

碳烟是发动机排放的主要污染物之一,会对大气环境以及人体健康造成诸多不利影响。随着碳减排压力的增加,以醇类燃料为代表的生物燃料因其具有清洁、可再生、碳中性等众多优势受到了广泛关注。其中3-甲基-2-丁烯-1-醇(与3-甲基-3-丁烯-1-醇统称为异戊烯醇)具有作为新一代醇类燃料或汽柴油添加剂的潜力,当将其与汽油掺混后,混合燃料的辛烷值显著提高,这意味着可以提高汽油机的压缩比,从而提高热效率。然而,目前尚无关于异戊烯醇燃烧中碳烟生成特性的相关研究,因此,本文搭建了基于对冲扩散火焰的激光测量系统,对异戊烯醇燃烧火焰中的碳烟体积分数以及多环芳香烃(PAH)相对浓度进行了测量;耦合了一个包含957种物质,4833步基元反应的机理,用于计算异戊烯醇火焰的PAH生成,深入探究了异戊烯醇的碳烟生成特性,具体研究内容及结论如下:首先,研究了不同出口速度以及氧气摩尔分数对对冲扩散火焰碳烟生成的影响,获得了对冲扩散火焰碳烟生成的基本认识。其次,选取了3-甲基-3-丁烯-1-醇、异戊烷、异戊烯、异戊醇四种C燃料用作与3-甲基-2-丁烯-1-醇对比,探究了分子结构对碳烟生成的影响。五种燃料的成烟倾向为:异戊烯>3-甲基-2-丁烯-1-醇>3-甲基-3-丁烯-1-醇>异戊烷>异戊醇。从分子结构的角度看,表现为含有羟基的燃料成烟倾向低于相应的不含羟基的燃料,含有碳碳双键的燃料成烟倾向高于相应的不含有碳碳双键的燃料,碳碳双键位置越靠近分子结构的末端则成烟倾向越小。通过反应路径分析解释了不同燃料成烟倾向差异的原因。其后,选取了甲烷、乙烯作为基础燃料,提供了两种不同的气相氛围,用以探究异戊烯醇掺混燃料的碳烟生成特性。结果表明,两种异戊烯醇均促进了甲烷和乙烯PAH/碳烟的生成,其作用大小既与异戊烯醇分子结构有关也与基础燃料自身性质有关,不同的分子结构导致其生成PAH/碳烟的路径和倾向有很大差异,3-甲基-2-丁烯-1-醇可能与C物质在成核反应上有更紧密的化学关联。最后,选取了正庚烷、异辛烷作为汽油表征燃料,探究了异戊烯醇掺混对其碳烟生成的影响。结果表明,随着正庚烷中掺混异戊烯醇比例的增加,混合燃料的PAH/碳烟生成均单调增强。随着异辛烷中掺混3-甲基-3-丁烯-1-醇比例的增加,混合燃料的PAH/碳烟生成均单调下降。随着异辛烷中掺混3-甲基-2-丁烯-1-醇比例的增加,混合燃料的PAH-LIF信号略有增强,碳烟体积分数则表现出明显的增幅。反应路径分析表明,正庚烷热解主要生成大量的乙烯,以及少量的丙烯,所以成烟倾向最低;异辛烷热解主要生成异丁烯和丙烯,异辛烷火焰中A1的生成途径主要是通过C物质相关的奇数碳路径,而3-甲基-2-丁烯-1-醇火焰具有更高浓度的乙炔,且能产生大量的1,3-丁二烯自由基加速C+C路径生成A1,所以通过促进PAH的生长以及碳烟的表面生长使得掺混燃料的碳烟生成明显增强。

关键词：对冲扩散火焰碳烟生成异戊烯醇光学诊断燃料结构燃料掺混

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细水雾与二维对冲扩散火焰作用规律研究

细水雾与二维对冲扩散火焰作用规律研究

作者：冯明辉中国科学技术大学

学位级别：硕士

航天飞行器的防火安全是其安全设计过程中的重要方面,而清洁、高效的灭火技术是航天飞行器防火安全的重要组成部分。在现有的备选灭火剂中,细水雾具有高效、环保、水渍损失小的特点,是航天飞行器优先选用的灭火剂之一。航天飞行器中电... 详细信息

航天飞行器的防火安全是其安全设计过程中的重要方面,而清洁、高效的灭火技术是航天飞行器防火安全的重要组成部分。在现有的备选灭火剂中,细水雾具有高效、环保、水渍损失小的特点,是航天飞行器优先选用的灭火剂之一。航天飞行器中电气线路复杂,为了提高细水雾灭火效率,可在细水雾中加入添加剂以降低细水雾对于电气设备的水渍损失。而细水雾灭火机理及其与火焰作用的规律受重力和添加剂的影响,因此有必要从这两个方面进行研究。二维对冲扩散火焰(指燃烧腔对称平面上火焰的准二维性)是对冲火焰的一种形式,其结构简单、易于表征且与强制对流下的导线或电缆火等燃烧现象涉及的火焰构型较为相似。本文首先基于二维对冲扩散火焰构型,设计了细水雾与二维对冲扩散火焰作用平台。在设计过程中,采用了k-￡湍流模型模拟了收缩段对于空气的整流效应,验证了收缩段出口风速的均一性。该实验平台主要包括氧化剂定量供给和输运系统,可燃气体定量供给和输运系统,表征系统,数据采集和计算机远程控制系统四部分。利用该实验装置可以对细水雾粒径、浓度、添加剂种类和火焰应变率进行控制,同时能够测量火焰的温度、细水雾的粒径分布和速度场信息。其次,采用数值模拟的方法研究常重与微重条件下不同粒径的均一超细水雾与甲烷二维对冲扩散火焰作用的基本规律,重点考虑超细水雾对于滞止点处火焰的影响。模拟结果表明,在不同重力下浮力是影响火焰温度和位置的主要因素。对于包裹火焰,滞止点附近的火焰是火焰由包裹火转变为尾流火的关键。施加超细水雾后,滞止点附近火焰面温度大幅降低,但是大部分水滴随载气偏离滞止线,水雾灭火效能降低。随着粒径的增大,重力和浮力对于粒子运动的影响增大,常重与微重下水滴存留时间以及滞止线上最高温度的差别逐渐增大。但是这种差别对于20微米以下的液滴可以控制在10%以内。为了保证常重力下实验平台的实验结果对于微重下的适用性,可以在低风速下使用较高浓度的小粒径水雾进行实验。最后,本文选取了9种环境友好、低毒且经济可行的化学物质作为细水雾添加剂,以火焰临界应变率作为评判标准,对9种添加剂的灭火效率进行了评定。同时,通过采集火焰温度、含添加剂细水雾与火焰作用后残余颗粒的形貌信息,定性分析了影响含添加剂细水雾灭火效率的因素。实验结果表明,对于含钾细水雾,灭火效率C2O4K2>C2H3O2>KCl>KHCO3>K3PO4。对于含磷细水雾,在较低的浓度下灭火效率为K3PO4>NH4H2PO4>H3PO4,而在较高浓度下H3P04的灭火效率超过了NH4H2PO4。对于含铁添加剂,FeCl2可以抑制火焰而FeSO4可以促进火焰。化学添加剂对于抑制高应变率扩散火焰的效率依赖于如下几个因素：1)添加剂本身的化学属性;2)由流动条件控制的停留时间;3)颗粒物的形成。本文提供了细水雾与二维对冲扩散火焰作用平台的设计方案,并为航天飞行器内细水雾的应用和常重力下高效添加剂的筛选及机理研究奠定基础。

关键词：细水雾对冲扩散火焰添加剂微重力数值模拟

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掺氨对乙烯对冲扩散火焰的化学调控机制研究

掺氨对乙烯对冲扩散火焰的化学调控机制研究

作者：邓淇戈南京理工大学

学位级别：硕士

化石燃料的燃烧在我国能源消费结构中仍占据主体地位。碳氢燃料的燃烧会产生大量CO和不完全燃烧产物,对人体健康和环境造成危害。随着碳达峰碳中和这一目标的提出,NH作为一种无碳燃料引起关注。氨气-碳氢燃料的混合燃烧既能提高氨气燃... 详细信息

化石燃料的燃烧在我国能源消费结构中仍占据主体地位。碳氢燃料的燃烧会产生大量CO和不完全燃烧产物,对人体健康和环境造成危害。随着碳达峰碳中和这一目标的提出,NH作为一种无碳燃料引起关注。氨气-碳氢燃料的混合燃烧既能提高氨气燃烧性能又可以减少碳排放,因此有必要探究氨气掺混在碳氢燃料火焰中对碳烟及其关键前驱物生成特性的化学作用机制。本文辨析了氨气的稀释和热作用、化学作用,揭示了氨气掺混对燃烧化学组分的调控机制,并研究了O浓度、燃料侧添加HO和CO稀释组分对碳烟及其前驱物生成的影响。首先,通过化学反应动力学辨析了氨气在乙烯对冲扩散火焰中的稀释/热作用和化学作用。结果表明,NH的化学作用促进了CH、CH-1,3和CH的生成,但抑制了CH的生成。通过对燃料进行反应路径分析可知,氨气通过参与以下四个反应,将氨气反应路径与乙烯反应路径结合起来:CH+NH=CH+NH,CH+NH=CH+NH,CHCHNH=CH+NH,CH+HCN=CH+CN,从而影响火焰中产物的生成。氨气的添加对菲（A3）和芘（A4）摩尔分数的抑制作用大于苯（A1）和萘（A2）。NH的稀释/热作用对于A1、A2、A3、A4浓度的抑制作用大于促进其浓度升高的化学作用。碳烟体积分数（Soot volume fraction,SVF）和碳烟粒径D随着虚拟氨气（FNH）的添加下降,在此基础上氨气的化学作用进一步降低SVF和D。在掺混比例不同时,氨气的化学作用对于碳烟成核速率表现出不同的影响。HACA表面生长速率（Hydrogen-abstraction-CH-addition,HACA）和PAH（Polycyclic aromatic hydrocarbon,PAH）沉积速率在FNH添加后显著降低,同时NH的化学作用进一步降低其速率。其次,探究了乙烯对冲扩散火焰氧化剂侧O浓度对碳烟及其前驱物的影响研究。CH浓度随着O浓度升高而增大,其生成与消耗速率也随着O浓度增加而呈现出增大趋势。通过ROP（Rate of production）分析,在添加真实氨气的工况下,由于NH的化学作用,CH的消耗反应增加了与OH自由基的氧化反应。随着O浓度升高,其他中间物种CH、CH、CH-1,3浓度也增大。O的增加使得碳烟重要前驱物芳烃A1、A2、A3、A4浓度升高,对A3浓度的促进作用更大。分析生成路径可知,O浓度升高对A1生成的促进作用是通过CH+CH→CH-1,3→i-CH→CH-2→A1这一途径。O浓度升高使得碳烟体积分数和粒径D显著增大,且碳烟成核速率、HACA表面生长速率、PAH凝结速率均随着O浓度增加而增大。在FNH存在条件下,O浓度对HACA速率的促进作用更加明显。最后,阐明了HO/CO耦合化学作用下氨气掺混燃烧对乙烯对冲扩散火焰的影响研究。对于选取的中间物种,HO/CO的耦合化学效应对CH浓度的影响最大,HO的和CO单独化学作用均对CH物种浓度影响最为显著。通过反应路径分析可知掺混三种添加剂（水、二氧化碳、氨气）后,CH的生成更多依赖于CH。HO/CO的耦合化学效应通过CH→CH→CH这一途径来抑制CH的生成。对CH的消耗而言,在HO/CO的耦合化学作用机制下,促使更多的CH转化成更大分子物种CHCH和c-CH,抑制CH向PCH和CH小分子物种的转化。对芳烃而言,HO/CO的耦合化学效应对A4的影响最小,对A2的影响最大。在NH工况下,HO/CO的耦合化学作用使得A1浓度升高,主要是通过CH+CH→CH-1,3→A1途径。HO/CO的耦合化学效应使得碳烟体积分数、碳烟粒径以及碳烟生长过程中重要的三个速率:碳烟成核速率、HACA表面生长速率、PAH沉积速率均下降,且燃料侧为虚拟氨气时下降幅度更大。

关键词：氨气掺混燃烧化学作用对冲扩散火焰碳烟