柴油/甲烷和柴油/甲醇二元燃料着火反应机理比较研究

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。     

等离子体中活性粒子分析及化学动力学机理

利用发射光谱测量技术分析了介质阻挡放电等离子体激励空气产生的主要活性粒子,利用零维等离子体动力学模型模拟了甲烷/空气中放电阶段主要活性粒子的演化规律,并通过敏感性与化学路径分析研究了O原子影响甲烷点火过程的化学动力学机理。研究表明:空气中介质阻挡放电等离子体主要产生N2和O2的激发态粒子,激发态粒子的数密度随着电压的增加而增大;激发态粒子经过一系列物理化学反应最终转化成若干自由基,其中O原子的摩尔分数最大;O原子缩短甲烷点火延迟时间一个量级,原因在于添加O原子后甲基(CH3)的氧化途径由自点火过程中的经O2直接氧化为CH3O和CH2O转变为经HO2和O原子氧化为CH3O和CH2O,由于后者的基元反应速率快,因而明显缩短了点火延迟时间。     

C6F12O对锂离子电池排出气体火焰的抑制效能研究

通过实验和数值模拟的方法研究了添加C_6F_(12)O对锂离子电池发生热失控后的排出气体/空气预混火焰的影响。在常温常压下,利用本生火焰装置测试了一定当量比范围的甲烷/空气和排出气/空气预混火焰在不同C_6F_(12)O添加量条件下的火焰速度。通过包含燃料燃烧和C_6F_(12)O热分解的动力学机理模型进行数值模拟并与实验测试的火焰速度进行比较,结果表明在C_6F_(12)O添加量较低的贫燃侧,层流火焰速度趋势具有良好的一致性。尽管燃料类型不同,C_6F_(12)O在化学当量以及富燃侧的抑制效能明显优于贫燃侧,并且相比于纯甲烷,C_6F_(12)O更适用于抑制排出气体/空气预混火焰。     

甲醇对氨着火特性的影响与动力学分析

利用激波管试验平台测量了氨/甲醇混合气在不同当量比、不同掺混比、高温中低压条件下的着火延迟期。基于试验数据,提出了一个新的组合简化模型(NH₃-M),能够较好地预测氨/甲醇混合气的着火延迟期,基于该模型进行了化学反应动力学分析。结果表明,添加5%(摩尔分数)的甲醇可以使氨/甲醇混合气的着火延迟期缩短60%以上,氨/甲醇混合气着火延迟期的对数和着火温度的倒数均满足线性关系,影响该混合气的着火延迟期主要是OH、O、HO₂、H等小分子自由基,氨和甲醇最初的消耗均从脱氢反应开始,R224:H+O₂=O+OH是敏感度最大的着火促进反应,R466:CH₃OH+NH₂=NH₃+CH₃O和R467:CH₃OH+NH₂=NH₃+CH₂OH并不直接促进着火,而是产生的中间产物进而生成活性物质促进了整个反应的进行。     

预混火焰条件下生物柴油羰基物的生成与影响因素分析

羰基物是低温燃烧过程中产生的不完全氧化中间产物,主要产生在预混燃烧阶段。从化学反应动力学角度,分析了预混火焰条件下,燃油量、过量空气系数和调合比例等因素对生物柴油羰基物生成的影响。通过改变空气稀释比进行空气预处理,通过掺混氢气、掺混一氧化碳、掺混甲烷进行燃料预处理,对生物柴油羰基类污染物的排放控制进行了数值模拟。研究结...     

高温高压实验中金属添加物对实验反应速率的影响:以柯石英-刚玉-蓝晶石体系中添加铂金粉末为例

在金刚石压腔和大腔体压机等高压设备上进行高温高压实验时,出于压力测量、激光加温、降低矿物生长速率等目的,通常在所研究的体系中添加Pt、Au、Fe等金属。添加这些金属所必需满足的一个前提条件是,它们不与研究体系发生化学反应,这一点往往受到研究者的重视;然而,这些金属添加物是否会影响化学反应速率却往往被忽视。以刚玉(Al2O3)和柯石英(SiO2)在高温高压条件下合成蓝晶石(Al2SiO5)的反应为研究对象,通过在实验中添加不同含量的Pt粉末,研究添加Pt粉末对该反应的影响。结果表明:Pt粉末的加入会促进合成反应的进行,而且Pt粉末含量越多,其促进作用越明显。研究结果可为解读相关高温高压实验结果提供重要依据。     

AC等离子体辅助CH4低温氧化的分子激发作用

本文采用实验测量和数值模拟结合的方法,对AC放电下He/CH4/O2混合气中激发态对甲烷裂解和低温氧化的动力学贡献进行研究。基于HP-Mech,增加反应物的放电机理以及激发态参与的化学反应及其驰豫反应,建立CH4低温氧化机理。采用化学反应动力学求解器CHEMKIN中的两段式Plasma-PSR模型模拟放电过程及化学反应过程。该动力学模型能较好地预测反应物的消耗和主要产物的生成,反应路径分析表明激发态物质CH4(v),O2(v),O2(a^1△g)等通过链式反应CH4(v)+OH→CH3+H2O,O2(v)+H→OH+O,O2(a^1△g)+H→OH+O促进活性自由基和产物的生成。     

双模式放电中DBD放电参数对甲烷滑动弧火焰光谱及活性粒子的影响分析

对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电,放电后会产生大量的活性粒子,这些活性粒子可以辅助气体燃烧,达到提高燃料燃烧利用率等目的。以DBD激励氩气、甲烷、空气产生的自由基（CH基和OH基）等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象,研究DBD放电激励甲烷对滑动弧火焰的影响。为此,采用自主设计的DBD-滑动弧双模式等离子体激励器,利用同轴介质阻挡放电结构对氩气、甲烷、空气混合气进行放电激励,将激励后的氩气、甲烷、空气混合气通入滑动弧端进行点火。固定氩气流量不变,调整空气流量为4.76 L·min-1,并加入甲烷0.5 L·min-1,保证进气通道内氩气与空气-甲烷的气体体积流量比达到Ar∶（CH₄+Air）=1∶30,其中空气、甲烷这两种气体达到了化学燃烧当量比φ=1,氩气、甲烷、甲烷混合气体能实现均匀而稳定的放电并燃烧。DBD段放电电压在15～20 kV范围变化,放电频率在6～10 kHz范围变化,滑动弧段的电压和频率分别保持4 kV与10 kHz恒定,通过改变DBD段放电电压和放电频率,用高速光纤光谱仪检测滑动弧火焰中自由基种类及其光谱强度,分析放电参数激励甲烷对火焰中自由基（CH基和OH基）的影响。结果表明,DBD段放电电压及放电频率的增加可以促进火焰内部的偶联反应发生,可有效提升甲烷滑动弧火焰内部的活性粒子含量,其中OH基团、CH基团在燃烧链式化学反应进程中发挥着较为重要的作用。甲烷经过DBD激励后,随放电电压和频率的增加,火焰中OH基、CH基等主要活性粒子都随之增加。DBD放电后,活性粒子的光谱强度增大,特征谱线比单模式更加明显;甲烷经过DBD激励后,火焰组成发生了变化,滑动弧段出口处甲烷燃烧反应更加充分,火焰温度越高越容易产生OH基。与单模式滑动弧相比,双模式放电可有效促进火焰内部的链式化学反应进程,促进燃料燃烧。     

颗粒层面敏感性分析在湍流预混火焰中的应用

以一个带值班火焰的甲烷-空气预混射流火焰(PPJB)为研究对象,对中心射流速度分别为50 m/s(PM1-50)与200 m/s(PM1-200)的两个火焰进行RANS-PDF模拟。利用颗粒层面敏感性分析方法,研究了IEM与EMST两种混合模型在湍流预混火焰中的特性,发现对于PM1-50火焰,尽管两种混合模型对组分平均值的预测非常相似,但却对应了两种燃烧模式,EMST对应火焰传播模式,而IEM对应自着火模式;对于PM1-200火焰,两种模型均对应火焰传播模式。通过比较敏感性系数的径向分布,发现对于PM1-50火焰,增强混合或反应强度都可以促进反应进度,火焰特性同时受混合和化学反应控制。对于PM1-200火焰,在上游位置处,增强混合反而会抑制反应进度,火焰特性同时受混合和化学反应控制;在下游位置处,化学反应是火焰的控制物理过程。     

添加金属对MoO3/Al2O3 碳化过程的影响

通过对镍、铜和钾改性的MoO3/Al2 O3样品进行与甲烷的程序升温表面反应 (CH4 TPSR)研究以及其碳化样品的BET测定 ,发现镍的添加对于甲烷还原以及碳化氧化钼具有促进作用 ,并对甲烷在碳氧化物或碳化物表面上的活化也具有促进作用 ,镍改性的碳化物样品具有较大的比表面和对甲烷比较高的本征活性 ;铜的添加对于甲烷还原以及碳化氧化钼稍有促进作用 ,对于甲烷在碳氧化物或碳化物表面上的活化稍有促进作用 ,但铜的引入也会加快催化剂的烧结 ;钾的添加对氧化钼被甲烷的还原以及碳化都不利 ,对于甲烷的活化也不利 ,钾的加入还会促使催化剂烧结 .因此 ,钾的添加对于甲烷在碳氧化物或碳化物上的转化是不利的     

纳米铝对硝基甲烷快速反应的催化研究

在入射激波作用下,利用瞬态光谱测试系统研究了纳米铝对硝基甲烷快速反应的影响,对快速反应过程中产生的NO2、CO、CO2、CH2O、H2O、AlO等主要产物的出现时间和辐射强度进行了测量。研究发现：添加纳米铝(1g)后,硝基甲烷(1ml)点火延迟时间提前了60%;其它产物的出现时间缩短了46%～60%,辐射强度增强了30%～100%;激波速度和反应温度分别提高了1.4和2.2倍。结果表明纳米铝明显加速了硝基甲烷快速反应过程,并使其爆炸效率大大提高。由实验观察到的结果,结合热力学和动力学方面的分析,对纳米铝催化硝基甲烷快速反应的机理进行了探索性的分析。此研究将有助于深入了解新型燃料空气炸药(FAE)反应的微观机理。     

纳米铝对硝基甲烷快速反应的催化研究

在入射激波作用下,利用瞬态光谱测试系统研究了纳米铝对硝基甲烷快速反应的影响,对快速反应过程中产生的NO2、CO、CO2、CH2O、H2O、AlO等主要产物的出现时间和辐射强度进行了测量。研究发现：添加纳米铝(1g)后,硝基甲烷(1ml)点火延迟时间提前了60%;其它产物的出现时间缩短了46%～60%,辐射强度增强了30%～100%;激波速度和反应温度分别提高了1.4和2.2倍。结果表明纳米铝明显加速了硝基甲烷快速反应过程,并使其爆炸效率大大提高。由实验观察到的结果,结合热力学和动力学方面的分析,对纳米铝催化硝基甲烷快速反应的机理进行了探索性的分析。此研究将有助于深入了解新型燃料空气炸药(FAE)反应的微观机理。     

H2/Air/CO2点火过程中的热辐射和化学反应效应

本文采用基于详细化学反应机理的化学反应流自适应数值模拟技术,研究了添加二氧化碳对氢气/空气预混气体点火的影响,获得了不同当量比下最小点火能随稀释率的变化情况。本文引入最小点火能的热辐射敏感度与化学反应敏感度,重点分析了CO₂的热辐射效应和化学反应效应对最小点火能的影响。研究结果表明二氧化碳的热辐射效应和化学反应效应只有在接近极限稀释率时才会导致最小点火能有显著升高。     

Gd211、Gd2O3的添加对PMP法制备的Gd-Ba-Cu-O超导块材性能的影响

对于Gd-Ba-Cu-O超导体的制备,因为Gd3+对Ba2+位替代程度很小,所以,即使在空气中制备的Gd-Ba-Cu-O超导体,也具有相当好的Jc-B特性,从实际应用观点来看,是很具有吸引力的.本文采用"粉末熔化处理法 (PMP)"在空气中制备Gd-Ba-Cu-O,研究Gd211和Gd2O3的添加对Gd-Ba-Cu-O超导性能的影响.研究表明过量的Gd211(Gd2O3)的添加可以减小弥散分布在Gd-Ba-Cu-O超导块的Gd211粒子,提高Gd-Ba-Cu-O块材的超导性能.但过多的Gd211的添加会使相应的Gd123相减少,从而降低了样品的超导性能.由本实验结果可看出Gd211的最佳添加量为20mol%.将Gd211替换为Gd2O3,其过量的添加同样提高了Gd-Ba-Cu-O块材的超导性能,Gd2O3的添加也存在一个最佳添加量,为15mol%.由于Gd2O3形成Gd211的同时,消耗了Ba原子,并同时提高了Gd的浓度,造成Gd-Ba固溶度的增加,导致Gd-Ba-Cu-O块材的超导性能下降,因此Gd2O3的最佳添加量要小于Gd211的最佳添加量.     

Effect of Hydrogen Addition on Methane HCCI Engine Ignition Timing and Emissions Using a Multi-zone Model

通过使用CHEMKIN多区模型研究添加氢气对甲烷燃烧的影响. 结果显示添加氢气提前点火正时并且提高最高压力和最高温度. 同时,用简易的化学反应动力学分析它的适用范围. 结果表明羟基在燃料的氧化中起重要作用. 添加氢气增加氮氧化物的排放,但会降低碳氢和一氧化碳的排放. 废弃再循环也会提前点火正时,但是它对排放的影响相反. 通过调节添加氢气与废弃再循环的量,点火正时可以在低排放的条件下进行调节. 研究发现氮氧化物主要产生在核心区,而碳氢和一氧化碳主要产生在缝隙区和边界层区.     

简化化学反应计算的当地自适应建表方法在PMSR中的应用

本文描述了一种减少化学反应计算时间的有效方法－当地自适应建表方法,对之做了改进,并计算了配对混合搅拌反应器（ＰＭＳＲ）的甲烷／空气非预混燃烧问题。结果表明在各种参数条件下,这种方法都能在保证精度的条件下节省两到三个量级的计算时间。     

DMM及纳米颗粒添加剂对农用柴油机燃烧与排放性能的影响

本文通过在柴油中添加小比例二甲氧基甲烷(DMM)以及纳米氧化铝(Al2O3)颗粒研究一台小型农用柴油机的燃烧与排放特性。研究表明,随着柴油中DMM添加比例的增大,发动机燃烧特性参数如缸内压力、燃烧放热率及制动热效率得到明显地提升,着火延迟期以及CA50逐渐减小;排放方面HC和NOx增加,而CO和碳烟得到有效地抑制。燃油中同时添加DMM和纳米Al2O3颗粒后,发动机燃烧及排放方面得到了不同程度地优化。因此,将DMM与纳米颗粒的有机结合可为代用燃料在农用发动机中的推广应用提供新的思路。     

介质阻挡放电作用下对冲扩散火焰的着火特性研究

本文设计了一种大气压条件下介质阻挡放电(DBD)装置,与对冲火焰的同轴射流喷嘴耦合,研究等离子体对于甲烷扩散火焰着火特性的促进作用。实验表明,放电条件下的着火温度下降约100～200 K。通过OPPDIF开展数值模拟,解耦等离子体助燃的热效应和化学效应,结果显示着火温度对于化学效应更敏感。放电过程中生成的CH_2,通过甲烷氧化的低温化学路径,对着火温度有显著的改善效果。     

甲烷-湿空气对冲扩散火焰中CO的生成特性

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。     

甲烷在逆流换热微燃烧器内催化燃烧的数值模拟

本文联合使用CFD软件FLUENT和化学反应动力学软件DETCHEM对甲烷-空气混合物在有逆流换热的微燃烧器内的催化燃烧进行了数值模拟。计算中只考虑了甲烷在催化表面上的反应。燃料-空气混合物的当量比为0.4,燃烧器外壁面与环境采用对流换热边界条件。计算结果表明,同时采用逆流换热和表面催化燃烧可以实现常规方法无法实现的甲烷稳定、高效转变。