抬举湍流H2/N2射流火焰的PDF模拟

采用数值目的研究了一个高温燃烧产物环境中的抬举湍流H₂/N₂射流火焰,对火焰的自然和抬举特性进行了研究.采用标量联合概率密度函数(PDF)目的处理详细的化学动力学过程,而湍流流场采用一个多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型计算.计算中结合了一套描述氢气氧化的详细化学反应动力学机理.计算结果和实验数据进行了对比,表明所采用的模型可以精确的模拟火焰抬举高度和自然的过程.     

旋流燃烧NO生成的USM湍流反应模型

用统一二阶矩(USM)湍流反应模型对不同旋流数下甲烷-空气旋流燃烧NO生成进行了数值模拟,并和EBU-Arrhenius(E-A)燃烧模型对燃烧的模拟结果和简化PDF湍流反应模型对NO生成的模拟结果以及相应的实验结果进行对比。结果表明,USM模型显著地优于E-A模型和简化PDF模型。E-A模型不能合理地模拟有限反应动力学,而简化PDF模型用两个单变量PDF的乘积代替联合PDF,大大地低估了NO湍流反应率。USM模型预报结果和实验结果符合最好。     

湍流预混火焰LES/FDF模拟中标量混合时间尺度建模

在实际应用中,精确模拟高湍流度预混火焰十分关键但极具挑战性。本文将被动标量混合时间尺度动态封闭方法与hybrid混合时间尺度模型结合,在湍流预混火焰LES/FDF模拟中提出一种新的标量混合时间尺度建模方法。该方法不需要人为选取混合模型参数C_M,且动态地考虑了由湍流和火焰结构分别引起的亚网格标量混合。对悉尼值班预混射流燃烧器高湍流度PM1-150火焰进行了LES/FDF模拟。结果表明,新模型显著改善了对整体燃烧进程的预测结果,正确地预测了局部熄火/再燃现象。进一步的结果显示,模型参数C_M明显大于在RANS框架下量级为1的常用取值,这表明该参数在不同框架下具有不同的物理内涵。     

湍流对多孔介质内预混火焰影响的初步研究

当气流速度较大时,多孔介质内预混燃烧的模拟需要考虑湍流的影响,本文利用简化的k-ε双方程湍流反应流模型对多孔介质内的预混火焰进行了数值模拟.结果表明,湍流大大加强了气流的组分和能世扩散,计算得到的火焰传播速度、CO及NO的排放量都与实验值符合得比较好,与层流模型相比,湍流模型能够改善计算结果.     

高强度湍流预混火焰NO生成特性的研究

本文采用直接数值模拟方法对不同湍流强度下预混CH_4/H_2/air平面火焰进行了计算,并对湍流火焰中NO的生成规律进行了研究。采用了28组分268步反应的详细化学反应机理。研究表明高Karlovitz数下,湍流微团能穿透火焰面并存在于内反应区中。在强拉伸作用下,局部燃烧热释率达到层流火焰峰值的1.8倍。湍流作用下湍流燃烧速率显著提高,而NO的总生成速率增加不明显。高湍流强度下由于快速型NO的生成率的显著减小,湍流火焰中NO的总生成速率降低。     

有旋湍流场中湍流模型应用的研究

本文通过对三种双时间尺度湍流模型的理论分析，选择出最合理的模型，并在其基础上引入非线性Reynolds应力─应变关系式及梯度Richardson数修正，对有旋湍流场进行计算，其结果表明，双时间尺度模型能较好地预测出复杂湍流场中平均物理量的分布，尤其对回流区大小和强度的预测较常规k-ε模型结果有很大改进。因此，本文将双时间尺度模型应用于旋流燃烧器中气体颗粒两相流动的计算。     

混合长度理论的改进及其在变物性传热中的应用

根据边界层理论,对管内变物性湍流强制对流换热控制方程组进行简化;并通过考虑湍流输运中的密度脉动,对传统的混合长度湍流模型进行改进,使之能同时适用于常物性流动和变物性流动.基于该计算模型,对管内超临界压力水湍流对流换热特性进行了数值模拟.计算结果表明,本文的计算模型能正确地反映出超临界工况下的变物性对流换热特征,换热系数...     

数值研究Sanida火焰D中辐射热的影响

为了考察湍流燃烧过程中的辐射热影响,数值模拟了Sanida火焰D,其中湍流流动采用多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型模拟,燃烧过程采用概率密度函数(PDF)方法和拉格朗日火焰面模型(LFM)以及详细化学反应机理GRI3．0联合的方法模拟,辐射换热采用有限体积(FVM)联合关联k分布模型模拟。计算结果和实验数据的比较发现虽然相对于燃烧热,辐射热是一个小量,但是考虑了辐射热影响以后,模拟结果大有改进。针对该现象,我们给出的解释是由于在湍流燃烧过程中,湍流过程,燃烧过程以及辐射换热过程三者是强耦合的,湍流作用很可能会将辐射换热作用放大,因此,对于燃烧过程的详细数值模拟,建议考虑辐射换热的影响。     

高温空气燃烧炉内湍流混合特性的数值研究

应用自行研发的三维流动、燃烧、传热和污染物NO_x湍流生成的数值模拟程序,对高温空气燃烧实验模型炉进行了湍流扩散燃烧混合特性的数值模拟.数值预报了燃烧室内气体燃料和空气的混合物分数及其湍流脉动的三维分布.数值研究结果表明:在一定的几何条件和气体动力学条件下,高温空气燃烧的湍流混合在更广泛的区域内以较小梯度的进行;混合物分数的脉动主要分布在燃烧区,这表明高温空气燃烧的火焰厚度更大,具有燃烧释热更趋均匀的特性.数值模拟结果与相关的实验结果有相同的规律.     

旋流数对湍流燃烧中NO生成影响的研究

通过实验和用湍流燃烧二阶矩概率密度模型对不同旋流数下甲烷-空气湍流燃烧和NO生成进行了研究。在燃料中加入少量氨模拟燃料氮。研究结果表明,随旋流数的增大（由0到1）,热NO排放先上升后下降,而总NO和燃料NO排放则先下降后上升。旋流数增大使湍流强度先下降然后稍有上升,使进口附近温度先上升然后稍有下降。热NO的生成受温度的影响更大而燃料NO的生成受湍流的影响更大。     

An experimental and kinetic modeling study on nitric oxide formation in premixed C3 alcohols flames

This study provides new quantitative NO concentrations measurements in n-propanol + air and i-propanol + air flames together with a new combustion kinetic model. The heat flux method was employed to stabilize propyl alcohols flames and the initial gas conditions were set to 323 K, 1 atm, and Φ=0.7–1.4. Saturated laser-induced fluorescence was employed to measure NO concentration in the post-combustion region. The presented and literature models, namely the POLIMI and Bohon et al. (2018) kinetic mechanisms, were assessed against new experimental data. Experimental results showed a higher NO formation in the thermal zone for n-propanol flames, whereas i-propanol flames indicate a higher amount of NO formed at fuel-rich conditions. Overall among the tested models, the present mechanism exhibited the best agreement in emulating NO experimental profiles; conversely, numerical simulations from the POLIMI model showed significant inconsistencies at fuel-rich conditions and the Bohon et al. (2018) model was unable to reproduce the measured data, notably underpredicting experimental values at all investigated conditions. However, the present model manifested some uncertainties in reproducing NO formation in the prompt region; therefore, in connection with this important aspect, the new experimental data obtained in this work will provide a valid support to further develop more reliable kinetic models.     

Characterizing ammonia and nitric oxide interaction with outwardly propagating spherical flame method

With the growing attention on ammonia (NH₃) combustion, understanding NH₃ and nitric oxide (NO) interaction at temperatures higher than DeNOx temperature region or even flame temperature becomes a new research need. In this work, the outwardly propagation spherical flame method was used to investigate the laminar flame propagation of NH₃/NO/N₂ mixtures and constrain the uncertainties of the specific kinetics. The present experiments were conducted at initial pressure of 1 atm, temperature of 298 K and equivalence ratios from 1.1 to 1.9. A kinetic model of NH₃/NO combustion was updated from our previous work. Compared with several previous models, the present model can reasonably reproduce the laminar burning velocity data measured in this work and speciation data in literature. Based on model analyses, the interaction of NH₃ and NO was thoroughly investigated. As both the oxidizer and a carrier of nitrogen element, NO frequently reacts with different decomposition products of NH₃ including NH₂, NH and NNH, and converts nitrogen element to the final product N₂. It is found that the laminar burning velocity experiment of NH₃/NO/N₂ mixtures using the outwardly propagating spherical flame method can provide highly sensitive validation targets for the kinetics in NH₃ and NO interaction.     

CaO表面CO对NO还原作用的实验与模型研究

循环流化床炉内石灰石脱硫对NOx排放产生影响,包括对挥发分氮氧化的催化作用以及对CO-NO还原的催化作用。利用固定床反应器对不同条件下CaO颗粒表面NO+CO的催化反应特性进行了探究。实验表明,无氧条件下,CaO能够显著催化CO还原NO,NO转化率与反应温度和CO浓度正相关,与NO浓度负相关.基于Langmuir-Hinshelwood机理建立了CaO催化NO+CO反应动力学模型,模型考虑了颗粒内、外扩散的影响.该模型适用于氧气浓度很低、CO浓度较高条件下。而在有氧气氛中,该反应受到明显抑制,且O2浓度越高,抑制作用越明显;当CaO周围氧气浓度远大于CO时,可忽略CaO对NO的催化还原作用。     

里德堡NO分子在强磁场中的回归谱

利用分子轨道理论,结合一个新的模型势,我们给出了里德堡NO分子中激发态电子所受到的作用势的解析表达式.利用分子的闭合轨道理论和分区自洽的迭代方法,首次从理论上计算了NO分子在强磁场中的回归谱.通过和A.Matzkin等人给出的NO分子在强磁场中的实验谱的比较,表明我们的计算是正确的.     

15N tracing model SimKIM to analyse the NO and N2O production during autotrophic, heterotrophic nitrification, and denitrification in soils

An adjusted model was developed to analyse measured data of nitrous oxide and nitric oxide fluxes from an arable black earth soil. The existing models for kinetic isotope studies ignore N-trace gas fluxes. The novel model includes both N-gas production by heterotrophic and autotrophic nitrification and N-gas production and consumption by denitrification. Nitrous oxide and nitric oxide production through nitrification was simulated following the 'hole-in-the-pipe' model (4: M.K. Firestone et al. Microbiological basis of NO and N2O production and consumption in soil), N-gas production by denitrification was described with first-order kinetics.The model has been evaluated in a triplicate laboratory experiment, which involved three treatments (glycine, , or -pool labeled) to distinguish the different sources of N2O and NO. Heterotrophic nitrification was negligible, whereas autotrophic nitrification and denitrification occur simultaneously in soils. Nitrification was the main source of NO and N2O in the black earth soil by field capacity (water content: 0.22 g H2O g(-1) soil). The NO release was higher than the N2O release, the N2O/NO ratio was 0.05 in this soil.     

光谱法研究高铁肌红蛋白活性中心与一氧化氮的配位反应

蛋白质与配体作用的瞬时性对调节生物功能的正常发挥至关重要。采用紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)和圆二色光谱法(CD)研究了高铁肌红蛋白(metMyoglobin,metMb)与一氧化氮的配位反应过程,论证了metMb与NO配位反应机理以及影响配位反应的因素。结果表明：metMb能与NO发生配位反应,420,534和568 nm处特征峰的出现,表明metMb与NO结合并生成一种新的配合物——亚硝基高铁肌红蛋白(nitrosylmetmyoglobin,metMbNO)。随着时间的推移,溶液中NO浓度逐渐减小,metMbNO配合物中Fe—N配位键在大量H₂O分子的进攻下断裂,NO慢慢地脱离,metMbNO配合物完成解离过程并重新生成metMb。实验中还发现metMb与NO配位反应的进行受到缓冲介质类型、离子强度、pH及温度等外界因素的影响。并且在0.01 mol·L-1磷酸盐缓冲液近中性条件时,metMb与NO配位反应最先达到平衡;当温度较低为280 K时,更易于metMb与NO配位反应的进行。此外,CD数据表明NO只与metMb血红素中心的铁原子发生配位反应而对蛋白二级结构影响甚微。探讨metMb与NO配位反应机制对于进一步研究生物体内NO功能的发挥有着重要的指导意义。     

脉冲电晕放电脱除NO化学反应动力学过程

采用非接触的色散荧光发射光谱和时间分辨光谱方法,在大气压条件下,对脉冲电晕放电脱除NO的化学反应动力学过程进行了实验研究。在该研究中,首先利用色散荧光发射光谱方法,得到纯NO气体脉冲电晕放电中各活性粒子的色散荧光谱,并对其进行归属,确定了各活性粒子的灵敏指纹跃迁谱线;在此基础上,通过测量NO气体放电过程中所产生的N+,O,N₂及NO分子的灵敏指纹跃迁谱线的时间行为特性,研究脉冲电晕放电脱除NO的化学反应机理。实验结果表明：在脉冲电晕放电过程中,NO分子首先与高能电子发生非弹性电离碰撞,变成NO+离子,随后NO+离子发生解离反应,形成N+离子和O原子;N+离子在向阴极运动过程中与电子碰撞结合成激发态N原子,继而和其他激发态N原子结合成为激发态N₂;而O原子则应与其它O原子结合成为O₂。由此建立了大气压条件下纯NO气体脉冲电晕放电脱除NO的化学反应动力学模型。     

基于光纤收发一体LP-DOAS系统对大气HONO和NO_2的测量

介绍了一种基于施密特-卡塞格林望远镜的光纤收发一体长光程差分光学吸收光谱(LP-DOAS)系统,并应用于实际大气HONO和NO_2的测量。该测量系统采用光纤收发一体设计,相比于目前广泛使用的卡塞格林式差分光学吸收光谱系统更能充分利用望远镜主镜有效面积,具有较高的光学效率。分析了暗电流,偏置以及望远镜内部反射光对系统的影响,在晴好天气下,望远镜内部反散光所占大气谱光强比例小于1%。且通过与传统卡塞格林式差分光学吸收光谱系统进行了实际大气NO_2的测量对比,相关系数r达到0.968,验证了新系统测量的准确性。利用该测量系统在河北固城开展了对大气HONO和NC_2高灵敏度、高时间分辨率的外场观测,在光程为2 490 m下系统对HONO和NO_2探测限(2σ)分别为84.2和144.6ppt。测量期间的平均时间分辨率约为30 s,HONO和NO_2浓度最大值分别为3.2和37.8 ppb,最小值均低于探测限,并根据观测期间的数据结果计算夜间HONO/NO_2平均值为0.12。     

NO_x生成的有限反应速率二阶矩封闭模型

本文用有限反应速率二阶矩封闭模型对大速差射流燃烧室内煤粉燃烧过程中NO的生成进行了数值模拟，并将该模型的计算结果与Arrhenius模型的计算结果进行了比较，模拟结果表明，燃烧室中NO的生成是由燃料NO的生成机理来控制，Arrhenius模型计算得到的NO的浓度值高于有限反应速率二阶矩封闭模型的计算结果．     

光谱法研究细胞色素C与proliNONOate之间的相互作用

细胞色素C(Cytochrome,Cyt c)作为细胞内线粒体的电子传递体,与NO之间的相互作用结果对于线粒体凋亡的检测有着重要的生物学意义。采用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、电子顺磁技术(EPR)、时间过程光谱、圆二色(CD)光谱和同步荧光光谱等方法对处于不同价态的Cyt c与NO替代物,即proliNO/NO(proliNONOate)的相互作用过程,以及Cyt c在结合NO过程中蛋白空间结构的变化进行了详细研究。实验结果发现： 在模拟生理条件下,不同价态的Cyt c都能够直接与NO替代物(proliNO/NO)所产生的NO发生配位反应。推断出Cyt c与NO之间相互作用发生的可能机制： NO与Cyt c结合过程,是因为与Cyt c中Fe配位的轴向配体以及卟啉周围的取代基变化而发生结合的。具体反应过程为： 溶液中的NO诱导Cyt c中的Heme上Met80远离原来位置,Fe-S键断裂,进而空出的Fe与NO结合生成Fe-N键,从而生成新的Cyt c-NO配合物。研究表明： Cyt c-NO二元复合物不稳定,会发生光解离反应,通过线性拟合得出： 其解离过程属于准一级反应,解离速率为(0.071 1±0.039 6) s-1。同时,血红素Fe与NO间新键的形成,影响了色氨酸和酪氨酸微环境的变化;Cyt c二级结构受proliNO/NO浓度的影响,当proliNO/NO浓度低于8.6×10-4 mol·L-1时,Cyt c的α-螺旋特征峰强度变化很小,且位置不变;但proliNO/NO浓度高于8.6×10-4 mol·L-1时,即过量,Cyt c的二级结构变化很明显,说明过量的NO能导致Cyt c二级结构的破坏。NO与Cyt c配位反应机制的研究对于利用NO抑制线粒体内的氧气消耗,以及线粒体内NO的代谢具有重要的意义。