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NH_(3)/CH_(4)/CH_(3)OH多孔介质燃烧特性模拟研究

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 174-181,I0014页

作者：李亮张瑞方张扬张海热科学与动力工程重点实验室(清华大学能源与动力工程系) 北京市海淀区100084

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文... 详细信息

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文基于多孔介质导热强度高的特性,其内部燃烧满足一维假设,建立了一维多孔介质燃烧模型,对NH_(3)分别与甲烷(CH_(4))、甲醇(CH_(3)OH)掺混时的燃烧特性进行模型计算。计算结果显示多孔介质对两种混合燃料的作用不同,对于CH_(4)/NH_(3)燃料,多孔介质可以明显提高燃烧速率并降低富燃状态的NH_(3)残留;对于CH_(3)OH/NH_(3)燃料,提高燃烧速率和降低NH_(3)残留的效果较差;对两种混合燃料,可燃气体预混后直接送入多孔介质燃烧都增加一定的NOx排放,增加效果相同,而分级燃烧可以显著降低NOx排放。

关键词：多孔介质氨燃烧模拟研究燃烧速率 NOx排放

CaCl_(2)复合热化学储热材料的研究进展

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化工进展 2024年第8期43卷 4506-4515页

作者：孙忻茹张秋怡卓建坤杨润姚强新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830046 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存热损失小等优点,有望解决太阳能供给与能源需求间不平衡的问题。CaCl_(2)具有快速水合反应动力学、高储热密度、低成本、原料广泛的优势。然而,纯水合盐存在膨胀结块、热导率低、稳定性差... 详细信息

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存热损失小等优点,有望解决太阳能供给与能源需求间不平衡的问题。CaCl_(2)具有快速水合反应动力学、高储热密度、低成本、原料广泛的优势。然而,纯水合盐存在膨胀结块、热导率低、稳定性差等问题。目前,研究者主要通过高热导率的多孔基质担载使水合盐均匀分散,实现稳定性的提升,并通过微纳米孔增加气体扩散通道,加快反应速率。本文分析了CaCl_(2)复合热化学储热材料性能的主要影响因素,分别从储/放热机理分析、性能评价指标、复合材料物性的调控三方面展开。研究发现,多孔基质的孔隙特性、CaCl_(2)的担载量是影响复合材料储热密度的主要影响因素,介孔结构的多孔基质更适宜作为水合盐热化学反应的载体。同时,加入镁基盐类形成二元盐复合材料是另一种有效的物性调控方法,其中,MgCl2能有效提高CaCl_(2)的循环稳定性,在50次循环测试后仍保持良好性能。最后,指出了未来研究的重要技术方向,即开发以介孔结构为主的多孔基质,包括提高多孔基质的孔道开放度和稳定性、探索构建新的二元盐复合材料以及储热系统与储热材料的匹配等。

关键词：热化学储热氯化钙复合材料多孔基质储热性能

旋流雾化火焰合成稀土掺杂氧化钇的结构形貌和光电性能调控研究

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 569-575页

作者：雷舒婷张易阳李水清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 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形... 详细信息

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形貌结构及光电性能进行了探究。结果表明所合成的纳米颗粒粒径均匀分布(约10 nm),结晶度良好,呈立方相。掺杂引起的晶胞畸变程度与掺杂元素的离子半径成正相关。不同稀土掺杂元素均导致材料的相对介电常数和介电损失增高。在200~2000 nm波长范围内,1%Yb元素掺杂带来的光谱吸收比增高最多,增高至22.83%。5%La元素掺杂带来的光谱吸收比增高最低,为14.92%。此外,5%La掺杂使得禁带宽度下降至4.53 e V,导致其在紫外区间内的光学吸收大幅增加。

关键词：火焰合成稀土掺杂氧化钇纳米颗粒光电性能

MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

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煤炭学报 2024年第1期49卷 224-234页

作者：吕俊复冯乐乐吴玉新张海清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已... 详细信息

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

关键词：低氧稀释燃烧(MILD) 高速射流煤燃烧污染物湍流

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火焰燃料电池技术研究进展

工程热物理学报 2024年第7期45卷 2147-2156页

作者：王雨晴史翊翔蔡宁生北京理工大学机电学院北京100081 清华大学能源与动力工程系热科学与动力教育部重点实验室北京100084

火焰燃料电池(Flame Fuel Cell,FFC)是一种新型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC),将富燃火焰与SOFC直接耦合,具有装置简单、燃料适应性广、启动快速等特点,在小型天然气分布式供能以及动力系统中极具应用前景。本文首先... 详细信息

火焰燃料电池(Flame Fuel Cell,FFC)是一种新型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC),将富燃火焰与SOFC直接耦合,具有装置简单、燃料适应性广、启动快速等特点,在小型天然气分布式供能以及动力系统中极具应用前景。本文首先介绍了FFC的发电原理与研究概况,随后分别从燃料富燃特性、富燃火焰中电池性能特性以及FFC电堆集成与系统分析三个方面介绍了火焰燃料电池的相关研究进展,并展望了超高温燃料电池研发、衰减机制研究以及规模化放大等发展方向。

关键词：火焰燃料电池富燃燃烧抗热震性分布式供能系统

采用HFOs工质的地热ORC参数优化与热经济性评价

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工程热物理学报 2024年第9期45卷 2565-2571页

作者：刘强王春艳段远源中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室北京102249 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

建立了地热有机朗肯循环(ORC)系统热力学和经济性模型,以最大净输出功率为目标,优化了典型氢氟烯烃(HFOs)工质R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1336mzz(Z)的蒸发和冷凝温度,分析了热经济性,并与传统工质R601、R601a、R245fa进行了比较。结果表... 详细信息

建立了地热有机朗肯循环(ORC)系统热力学和经济性模型,以最大净输出功率为目标,优化了典型氢氟烯烃(HFOs)工质R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1336mzz(Z)的蒸发和冷凝温度,分析了热经济性,并与传统工质R601、R601a、R245fa进行了比较。结果表明,最佳工况下,R1224yd(Z)与R245fa的蒸发和冷凝参数接近;地热水进口温度低于130℃时,R1336mzz(Z)净输出功率最大,相比R1233zd(E)提高1.47%~1.89%,但是,总换热器面积增幅超过17%;地热水进口温度高于130℃时,R245fa的净输出功率最大,发电成本比R1336mzz(Z)下降15.5%~16.8%。

关键词：有机朗肯循环参数优化 HFOs 热经济性

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微重力条件下单液滴燃烧的研究回顾与展望

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：宋海玉周恒毅张文艺丁子轩孙宇航刘有晟清华大学能源与动力工程系燃烧能源中心清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室

微重力条件下的液滴燃烧,尤其是单液滴燃烧的研究工作,对于丰富液滴燃烧理论具有重要意义,也为航空发动机等喷雾燃烧系统的设计提供了重要参考。该文首先阐述了单液滴燃烧的基础理论——液滴直径平方定律及其影响因素,并介绍了单液滴燃... 详细信息

微重力条件下的液滴燃烧,尤其是单液滴燃烧的研究工作,对于丰富液滴燃烧理论具有重要意义,也为航空发动机等喷雾燃烧系统的设计提供了重要参考。该文首先阐述了单液滴燃烧的基础理论——液滴直径平方定律及其影响因素,并介绍了单液滴燃烧实验方法,着重分析悬挂纤维丝对液滴燃烧的影响;接着介绍了液滴燃烧过程中可能出现的碳烟壳、火焰熄灭现象、冷火焰等情况;此外分析了高压环境对燃烧特性的影响,进一步讨论了多组分液滴燃烧时可能出现的微爆等特殊现象,并对实际燃料与相应的表征燃料建模相关研究进行介绍,最后总结了目前微重力条件下单液滴燃烧研究中存在的挑战。

关键词：微重力单液滴碳烟火焰熄灭冷火焰高压多组分

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富氢燃料气预混湍流火焰结构特性研究

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2822-2830页

作者：邹俊孙国震张扬张海吕俊复清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590

本文研究了富氢燃料气受拉伸湍流火焰微元的高温区结构特性,并利用激光层析成像实验技术(Laser Tomographic Visualization,LTV),结合数值模拟方法,定量刻画了层流和湍流拉伸熄灭过程中高温区结构变化的现象。结果表明:不同出口流速下... 详细信息

本文研究了富氢燃料气受拉伸湍流火焰微元的高温区结构特性,并利用激光层析成像实验技术(Laser Tomographic Visualization,LTV),结合数值模拟方法,定量刻画了层流和湍流拉伸熄灭过程中高温区结构变化的现象。结果表明:不同出口流速下的火焰高温区厚度随着当量比增大而增大,出口流速增大,火焰受到拉伸作用增强,高温区厚度减小。层流火焰面相对而言更稳定,因此高温区的上下边界所在的位置和形状也相对变化小,湍流涡团则会破坏高温区结构,使得火焰高温边界出现剧烈波动和褶皱。湍流强度的增加使得火焰高温区厚度也增厚,对比强湍流条件下火焰高温区边界的变化规律以及喷嘴出口处的能谱分析结果,结果表明火焰进入了薄反应区(Thin Reaction Zone,TRZ)燃烧模式。

关键词：富氢燃料激光层析成像预混湍流火焰对冲火焰高温区厚度

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CFB锅炉宽筛分颗粒临界流化风速研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2813-2818页

作者：于艺马有福吕俊复上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093 怀柔实验室山西研究院山西太原030032 清华大学教育部热科学与动力工程重点实验室北京100084

基于计算颗粒流体力学(CPFD),通过表征常规CFB锅炉床料(Set 1)、增加炉内细颗粒含量(Set 2)和减小初始床支撑料粒度(Set 3) 3种筛分分布的SiO_(2)颗粒,研究颗粒筛分变化对临界流化风速的影响。研究结果表明:在相同床层高度下,Set 1、Se... 详细信息

基于计算颗粒流体力学(CPFD),通过表征常规CFB锅炉床料(Set 1)、增加炉内细颗粒含量(Set 2)和减小初始床支撑料粒度(Set 3) 3种筛分分布的SiO_(2)颗粒,研究颗粒筛分变化对临界流化风速的影响。研究结果表明:在相同床层高度下,Set 1、Set 2和Set 3床料的临界流化风速分别为0.51、0.30和0.20 m/s。表明增加炉内细颗粒含量和减小初始床支撑料粒度均可明显降低临界流化风速。将宽筛分颗粒临界流化风速的数值模拟结果与相关关联式预测结果进行对比,表明ERGUN关联式的预测结果偏差较小,WEN-YU关联式的预测结果明显偏低。

关键词：循环流化床锅炉临界流化风速宽筛分颗粒计算颗粒流体力学