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基于激光诱导击穿光谱技术定量测量甲烷/空气混合当量比的实验研究:门控模式及激光波长的影响分析

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光谱学与光谱分析 2015年第11期35卷 2990-2995页

作者：左鹏李博颜蓓蓓李中山尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津大学环境科学与工程学院天津300072

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)作为一种新型光谱分析方法,近年来被逐渐应用于燃烧诊断领域。在甲烷/空气混合气中建立了一套LIBS测试系统,利用H,O,N不同特征谱线强度比实现了对甲烷、空气燃空当量比的定量测量。在"门控"模式下,比较分析了... 详细信息

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)作为一种新型光谱分析方法,近年来被逐渐应用于燃烧诊断领域。在甲烷/空气混合气中建立了一套LIBS测试系统,利用H,O,N不同特征谱线强度比实现了对甲烷、空气燃空当量比的定量测量。在"门控"模式下,比较分析了H656/O777与H656/N746这两种定标曲线对燃空当量比的测量效果,发现H656/O777可以实现更好的预测精度与更高的灵敏度;"非门控"模式可以利用更多的谱线强度比(H656/O777,H656/N+500,H656/N+567和H656/N746)进行标定测量,其中H656/O777的测试效果最好。比较分析了"门控"与"非门控"两种检测模式对标定测量的影响:"门控"检测模式在拟合优度与预测精度方面都要略优于"非门控"模式。此外,在保持聚焦点能量密度相同的情况下,研究了1 064,532和355nm三种不同激光波长对H,O和N特征谱线及H656/O777标定曲线斜率的影响:H,O和N特征谱线强度、信噪比以及H656/O777标定曲线的斜率均随激光波长的增加而增加。在三种波长中,1 064nm的激光最适合作为LIBS技术的光源,定量测量甲烷/空气混合气当量比。最后,分别从等离子体电子密度、温度对谱线强度与分布函数的影响方面,对以上实验结果给出理论上分析与说明。

关键词：激光诱导击穿光谱燃空当量比门控模式激光波长电子密度电子温度

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生物质与甘油共气化正交法实验研究

太阳能学报 2014年第11期35卷 2216-2221页

作者：赵晓陈冠益颜蓓蓓刘宗攀赵丽霞张枭雄天津大学环境科学与工程学院/内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

在固定床实验台上，对甘油与生物质共水蒸气气化进行实验研究。采用正交实验方法，设计三因素三水平正交试验，考察温度、水流量、甘油／生物质（质量比）这3个因素对玉米芯与甘油混合物共气化制取的气体产物成分组成、气体产率、液体... 详细信息

在固定床实验台上，对甘油与生物质共水蒸气气化进行实验研究。采用正交实验方法，设计三因素三水平正交试验，考察温度、水流量、甘油／生物质（质量比）这3个因素对玉米芯与甘油混合物共气化制取的气体产物成分组成、气体产率、液体产率、固体产率及气体产物热值的影响。在此基础上对实验数据进行极差分析和方差分析计算，确定所考察因素的显著性、主次地位和各因素水平的优化组合。实验结果表明：影响H2产率的因素主次顺序为玎温度）〉双水流量）〉G／B（甘油／生物质质量比），优化组合参数为T=750℃，S=2mL／min，G／B=3：8。气体产物中H，体积分数为35．8％～62．0％。

关键词：生物质玉米芯甘油固定床气化正交实验

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固定床内生物质与废油脂共热解实验研究

太阳能学报 2015年第9期36卷 2059-2064页

作者：张枭雄陈冠益马文超颜蓓蓓李雁斌天津大学环境科学与工程学院/内燃机燃烧国家重点实验室天津300072

在固定床反应器中,研究玉米芯单独热解与玉米芯/废油脂共热解反应,比较二者三相产物的异同。与单独热解相比,共热解工况下液体产物产率相对较高,气体及固体产物产率相对较低;共热解工况下液体产物含氧量更低,热值更高。二者液体产物的GC... 详细信息

在固定床反应器中,研究玉米芯单独热解与玉米芯/废油脂共热解反应,比较二者三相产物的异同。与单独热解相比,共热解工况下液体产物产率相对较高,气体及固体产物产率相对较低;共热解工况下液体产物含氧量更低,热值更高。二者液体产物的GC-MS及GC-FID分析结果表明:共热解含氧有机物(如苯酚、呋喃、乙酸等)低于单独热解,而烃类有机物(如甲苯、二甲苯等)高于单独热解;气体产物分析表明:共热解CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8的浓度均高于单独热解,CO浓度变化不大,CO2浓度相对减少。液相与气相产物品质的提高主要是由于废油脂的添加可增加热解原料的有效氢碳比,这为利用废油脂提供了新的思路。

关键词：玉米芯废油脂共热解热解产物固定床反应器

基于激光光解诱导荧光技术实现燃烧反应区及中间产物CH_3瞬态可视化

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光谱学与光谱分析 2017年第6期37卷 1799-1803页

作者：李晓峰颜蓓蓓张大源李红李博陈冠益李中山天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津大学环境科学与工程学院天津300072

实现火焰反应区和不同中间组分的在线二维瞬态成像,在湍流燃烧的基础研究中具有十分重要的意义。用Nd∶YAG激光器的5倍频输出(212.8nm)作为光源,通过激光光解诱导荧光技术在甲烷/空气预混火焰中,成功实现了火焰反应区的瞬态成像,并首次... 详细信息

实现火焰反应区和不同中间组分的在线二维瞬态成像,在湍流燃烧的基础研究中具有十分重要的意义。用Nd∶YAG激光器的5倍频输出(212.8nm)作为光源,通过激光光解诱导荧光技术在甲烷/空气预混火焰中,成功实现了火焰反应区的瞬态成像,并首次采用该技术实现了CH_3的在线瞬态成像测量。分析了该方法同其他荧光标示物在反应区二维瞬态成像方法的优势,并研究了火焰燃烧过程中其他燃烧中间产物和不同燃空比对CH_3单脉冲成像的影响,讨论了现有条件下该技术的应用范围。根据实验结果,在燃空比Φ=1.2的条件下,在反应区我们获得了信噪比约为8的单脉冲成像,分析火焰中CH_3的单脉冲成像结果可知火焰燃空比在1.0~1.4之间时,或者火焰中CH_3的浓度大于9.3×1015 molecules·cm-3信噪比较好。该项技术在动力机械及其他研究领域的应用有十分重要的参考价值。

关键词：激光光解荧光成像反应区甲基

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锥顶型封闭空间内爆轰波汇聚实验研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第9期51卷 912-918页

作者：高健续晗姚安仁冯鲁煜姚春德天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 天津大学环境科学与工程学院天津300072

内燃机中烈性爆震的发生会伴随着爆轰波的形成,爆轰波形成后将在燃烧室密闭空间内反射汇聚,并对燃烧室组件造成严重破坏.然而,对于活塞破坏失效问题的研究一直无法深入.为了揭示密闭有限空间内爆轰波汇聚现象及其破坏机理,设计了一套可... 详细信息

内燃机中烈性爆震的发生会伴随着爆轰波的形成,爆轰波形成后将在燃烧室密闭空间内反射汇聚,并对燃烧室组件造成严重破坏.然而,对于活塞破坏失效问题的研究一直无法深入.为了揭示密闭有限空间内爆轰波汇聚现象及其破坏机理,设计了一套可以重复再现烈性爆震的爆轰容弹实验装置来进行探索研究.在余隙可变的锥顶型燃烧室内,通过高能点火器强行引入一道爆轰波.研究表明,爆轰波的行为会导致燃烧室内部压力分布极为不均,并在活塞边缘和中心两处产生强烈汇聚.最后,展示了受汇聚破坏的样本,并进行了强度及能量计算,进一步说明组件的破坏是由爆轰波汇聚导致的.

关键词：烈性爆震能量汇聚爆轰波活塞破坏定容弹

基于Aspen Plus的甘油与生物质固定床共气化制氢工艺模拟

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2014年第4期47卷 331-335页

作者：陈冠益刘宗攀赵晓颜蓓蓓天津大学环境科学与工程学院天津300072 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

利用Aspen Plus软件平台,对甘油与生物质固定床共气化制氢过程进行模拟研究.考察不同反应温度、甘油与生物质的质量比（m（G）/m（B））、气化剂物质的量的比（n（H2O）/n（C））和反应压力等条件对纯甘油与生物质、粗甘油与生物质混合... 详细信息

利用Aspen Plus软件平台,对甘油与生物质固定床共气化制氢过程进行模拟研究.考察不同反应温度、甘油与生物质的质量比（m（G）/m（B））、气化剂物质的量的比（n（H2O）/n（C））和反应压力等条件对纯甘油与生物质、粗甘油与生物质混合共气化制氢的影响.模拟结果表明：生物质与不同甘油共气化时,温度、压力、n（H2O）/n（C）和m（G）/m（B）对两种混合物制氢的影响规律基本相同,因此可用纯甘油替代粗甘油来研究气化制氢特性;同时得出其最佳气化制氢条件是反应温度800~850,℃,m（G）/m（B）为1.0~1.2,n（H2O）/n（C）为0.8~1.0,压力≤0.1,MPa,在此条件下,氢气产率为55%左右.

关键词：生物质甘油共气化制氢 Aspen Plus软件

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铜基和钯基催化剂对甲醇加热裂解规律的影响

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2013年第10期46卷 867-873页

作者：姚春德侯亚帮李旭聪唐超臧儒振天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

采用电加热装置加热甲醇,在Cu/ZnO/Al2O3(铜基)和纯金属Pd(钯基)两种催化剂作用下发生裂解反应,通过气相色谱仪对甲醇裂解产物进行分析研究.测量发现,甲醇经过加热催化后其气体的主要成分是H2、CO、CH4、水蒸气和甲醇蒸汽.对其研究表明... 详细信息

采用电加热装置加热甲醇,在Cu/ZnO/Al2O3(铜基)和纯金属Pd(钯基)两种催化剂作用下发生裂解反应,通过气相色谱仪对甲醇裂解产物进行分析研究.测量发现,甲醇经过加热催化后其气体的主要成分是H2、CO、CH4、水蒸气和甲醇蒸汽.对其研究表明:H2体积分数峰值出现在铜基催化剂的高环境温度区域,而钯基催化剂明显有两个温度区域,分别是300,℃和500,℃的温度区域;CO和CH4的体积分数在所有的测试点都比较低,均小于3.0%;水蒸气体积分数在铜基催化剂下当环境温度250,℃时最大,最大值接近38%;而钯基催化剂下峰值出现在350,℃,接近17%;甲醇裂解率峰值出现在铜基催化剂的高环境温度区域,在钯基催化剂下则有两个温度区域,分别是300,℃和500,℃;催化前入口温度和催化后出口温度都随甲醇流量的增加而降低.

关键词：甲醇催化剂气相色谱仪裂解成分

柴油/甲烷和柴油/甲醇二元燃料着火反应机理比较研究

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工程热物理学报 2017年第2期38卷 392-398页

作者：姚春德胡江涛臧儒振银增辉耿培林天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

本文在定容燃烧弹中利用高速摄像技术研究了柴油在甲烷/空气和甲醇/空气氛围中低温着火特性,并基于正庚烷/甲烷简化机理和正庚烷/甲醇骨架机理,对比分析了两种二元燃料的低温氧化路径。试验和模拟结果均表明甲烷和甲醇都能使柴油着火时... 详细信息

本文在定容燃烧弹中利用高速摄像技术研究了柴油在甲烷/空气和甲醇/空气氛围中低温着火特性,并基于正庚烷/甲烷简化机理和正庚烷/甲醇骨架机理,对比分析了两种二元燃料的低温氧化路径。试验和模拟结果均表明甲烷和甲醇都能使柴油着火时刻推迟,且甲醇推迟作用更明显,柴油推迟着火现象随甲烷和甲醇当量比增大而更明显,随环境温度升高而减弱。反应路径分析表明,甲烷和甲醇的脱氢反应消耗了大量OH抑制了正庚烷着火,甲醇抑制作用强于甲烷原因在于甲醇消耗OH速率快,且只通过低温下很稳定的H_2O_2分解向自由基池中提供OH,而甲烷消耗的OH少,还能通过链传递反应(CH_3+HO_2=CH_3O+OH)贡献相当数量的OH。

关键词：柴油甲烷甲醇滞燃期着火特性

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柴油喷雾结构和特性的定量研究

工程热物理学报 2011年第6期32卷 1047-1052页

作者：苏万华毛立伟谢腾飞王卓卓周小波天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

利用PLIEF方法在定容弹里定量标定得到了现代柴油机类似工况下喷雾燃空当量比和温度场分布,半定量得到了液相喷雾密度分布。研究发现,喷雾由未裂核、液滴核(LDC)、气相浓核(VRC)、低温核(LTCore)、喷雾头部和稀薄外壳六部分组成。根据... 详细信息

利用PLIEF方法在定容弹里定量标定得到了现代柴油机类似工况下喷雾燃空当量比和温度场分布,半定量得到了液相喷雾密度分布。研究发现,喷雾由未裂核、液滴核(LDC)、气相浓核(VRC)、低温核(LTCore)、喷雾头部和稀薄外壳六部分组成。根据喷雾结构参数特征,喷雾的发展可以分为三个阶段。第一阶段气液相喷雾基本重合;第二阶段液相喷雾到达一个终点,气相喷雾超过液相喷雾边界继续向前贯穿形成头部;第三阶段,喷雾充分发展,气相浓核、低温核和液核又重新重合在一起。在喷射参数不变的条件下喷雾特性主要由环境密度决定,环境温度主要影响蒸发速率。提高环境温度会减小液核贯穿距离,使燃空当量比分布更不均匀。着火时刻的喷雾特性受环境条件的影响。

关键词：柴油喷雾喷雾结构喷雾浓度和温度标定喷雾发展 PLIEF