关于碳/炭粒表面氧化反应生成物CO/CO_2比值的研究

本文通过严格的求解一组包括空间反应在内的微分方程,并辅以准确的碳粒燃烧速率及其温度的实验测定,得到了计算碳/炭粒表面氧化反应生成物C0/CO_2比值的通用表达式,它较之前人的经验公式更准确、通用。从而为碳/炭粒的温升历程及其着火温度的预报提供了可靠的理论基础。     

有限气相反应速率条件下MFF模型应用方法的研究

本文使用"CO相对燃烧速率"的概念和通用的"有效影响参数转化方程",将带有气相反应速率无穷快假设的移动火焰锋面(MFF)模型成功地扩展应用到有限气相反应速率条件的计算中。对于多组不同有限气相反应速率、以及不同粒径的碳粒燃烧计算,MFF模型扩展应用的预报结果都与严格连续膜模型符合较好,碳粒着火温度的预报也更为准确。     

考虑碳粒表面还原反应的移动火焰锋面(MFF)模型

在原始移动火焰锋面(MFF)模型的基础上,提出一种考虑碳粒表面还原反应的改进MFF模型。该模型给出了包括表面还原反应和 CO容积反应在内的碳粒燃烧反应速率的显式表达式,便于分析和讨论各种工况下碳粒的燃烧状态和影响因素。与原始的 MFF模型和单膜模型相比,所计算的颗粒温度和燃烧速率更符合严格的连续膜模型的预报结果,而计算时间只为连续膜模型的数十万分之一。研究结果表明,改进的 MFF模型是一种简单可行、适于工程应用的碳粒燃烧理论模型。     

在静止O_2-N_2环境中激光点燃的碳粒的燃烧特性研究

一、引言 能源的合理利用是四化建设中的重要课题,煤占我国能源资源的70％,研究煤的燃烧具有重要意义。而固态炭的燃烧在煤的燃烧中起着主导作用。本文的内容就是关于碳粒燃烧特性的实验研究和分析,即对处于室温下、不同氧浓度静止环境中的98～170μm碳粒,用脉冲激光点燃,记录其燃烧的全过程,并把实验结果与理论分析对比。从中探讨了:     

煤多相燃烧分形增长模型的初步研究

本文运用分形理论对煤的多相燃烧过程进行了探索性研究。根据分形动力学的概念认为；煤的多相燃烧中，反应面积的分形增长有DLC模式和KLC模式，一般情况是这两种模式的迭加。模型还引入了孔洞的合并及煤种的影响因素，初步提出了较有通用意义的燃烧模型。该模型把对碳焦的表面分形与燃烧速率的计算结合起来初步揭示了碳焦结构对燃烧过程的影响。     

碳与氧反应时反应级数测定的研究

本文用自行研制的具有快速加热、快速分析功能的加压燃烧炉，进行了永安无烟煤和高纯石墨在不同空气压力下的燃烧试验，测定了试样重量和温度变化的连续曲线，得到了空气压力对碳燃烧速率的影响规律。在应用单反应扩散燃烧模型修正碳粒表面氧气分压力的条件下，由实验结果计算得到永安无烟煤和高纯石墨与氧反应时的反应级数。     

煤焦燃烧过程中的亚观和微观形态及反应机理

通过FESEM和EBSP对煤粉在TGA、DTF和电站锅炉内燃烧过程中的亚观和微观形态及碳的含量变化的研究表明:炭的形态可分为5类:薄壁网架炭、厚壁网架炭、浅孔实体炭、实体炭和含碳矿物;同一煤样同一温度条件下炉内炭比TGA和DTF中的炭具有更大的反应比表面积;炉内炭的表面含碳量变化不大,不存在低温反应器的表面灰壳,因此,应用球形灰壳理论预报炉内煤粉的燃烧速率是值得怀疑的;亚观形态与微观形态间不存在几何分形上的自相似性.     

粉状无烟煤炭粒在1200—2000K温度范围内燃烧的化学动力学特性

针对层流挟带流动反应器,本文开发了新的动量、质量和热量传递模型,并且,在1200—2000K温度范围内,试验研究了三种粒度的莱阳无烟煤炭粒(42.5,67和92.5μm)在空气中的燃烧特性。试验结果表明,燃烧反应处于第二区域——过渡区,并且以表面化学反应过程为主,其燃烧速率可表述为 K_s=0.134exp(-83.648×10~3/RT_p)·(P_5)~(0.5),kg/m~2,s最后,还将本文模型的计算结果与Field模型和Smith模型的计算结果进行了比较。     

气动加热对高超声速飞行器激光毁伤效应影响

通过采用工程计算方法求解高超声速飞行器碳-碳复合材料分别在气动热、激光单独作用以及气动热/激光耦合作用下的热化学烧蚀。计算分析表明:激光单独作用下,碳-碳复合材料的烧蚀速率较小;随激光能量的增加,碳-碳复合材料的烧蚀速率增加;气动加热条件下激光对高超声速飞行器碳-碳复合材料的烧蚀毁伤效应会明显增强;沿弹道的气动加热累积效应对碳-碳复合材料气动热/激光耦合烧蚀作用不明显。     

ONIOM方法计算胺和二芳基碳正离子的亲核反应的速率常数

利用第一性原理计算了胺和二芳基碳正离子的亲核反应的速率常数. 研究不同的溶剂化模型(PCM、CPCM和COSMORS)、不同类型的原子半径(UA0、UAKS、UAHF、Bondi和UFF)、以及一些单点能计算方法(B3LYP、B3P86、B3PW91、BHANDH、BMKPBEPBE、M06、MP2和ONIOM)在计算这类速率常数时的表现.通过比较速率常数的实验值和计算值,发现ONIOM(CCSD(T)/6-311++G(2df,2p):B3LYP/6-311++G(2df,2p))//B3LYP/6-31G(d)/PCM/UFF方法表现最好. 该方法随后被用于计算更多的胺和二芳基碳正离子的亲核反应的速率常数. 65个反应的速率常数的实验值和计算值之间表现出了相当好的相关性,这表明该方法适用于计算胺二芳基碳正离子的亲核反应的速率常数.     

计算奇异摄动法在燃烧反应系统简化中的应用

采用计算奇异摄动法构造典型燃烧反应系统的简化化学动力模型,基于燃烧反应控制方程寻找理想基向量,借助所得理想基向量实现快慢反应模态间的解耦,并给出参与性指数、原子团指针和重要性指数等关键参数,进而构造快模态状态方程和简化化学动力模型.典型CO-CH₄-Air混合燃烧反应系统的计算结果表明,由计算奇异摄动法得到的简化燃烧反应系统是原燃烧反应系统很好的近似.     

移动火焰锋面(MFF)模型的理论对比与实验验证

本文根据碳粒非均相着火,有无颗粒温度跃变现象,来判断CO的均相着火,阐述了MFF模型中颗粒边界层CO着火燃烧假设的理论意义。通过实验与理论对比,证明了小于100μm的碳粒有可能发生CO着火。MFF模型预报与连续膜模型,以及实验点都有好的符合。利用MFF模型推导出三种极限情况的燃烧模式,揭示了MFF模型与连续膜模型的理论关联。从理论与实验对比中,进一步地验证了MFF模型。     

溶有CO2燃油发动机NOx和碳烟排放的数值研究

本文在KIVA程序的基础上,建立了溶有CO2燃油低温着火模型、碳烟模型,修改了油滴的蒸发模型,并根据实测数据对溶有CO2燃油在缸内的喷射、蒸发、燃烧和燃烧排放物的生成过程进行了数值模拟,溶气燃油喷射时CO2析出过程产生的"微爆"作用促进了燃油的雾化,计算表明溶气燃油喷射形成的可燃混合气分布更均匀,从而改善了缸内局部高温和氧浓度分布不均的条件,减少了NOx和炭烟的生成.     

扫描电镜-能谱仪在生物质炭特性分析上的应用

利用扫描电镜—能谱仪分析不同温度产生的生物质炭的化学与结构特性。结果表明： 随温度升高,芒草碳的平均碳含量和最大碳含量均呈现增加趋势,平均碳含量和最大碳含量与最高处理温度之间为显著正相关关系(r值为0.76和0.86)。平均碳含量和最大碳含量与高温灼烧法测定的碳含量之间为显著正相关关系(r值为0.83和0.91),最大碳含量的相关性好于平均碳含量。因此,应用该方法获得芒草炭的碳含量与温度相关性好,最大碳含量可以用于生物炭组分分析;电镜扫描结果可以有效分析芒草炭的结构特性。基于该方法快速、简便、稳定以及可对生物质炭的结构和组分同时分析的优点,它是一种极具发展前途的分析方法,有助于生物质炭等其他材料的结构特性与组分研究。     

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究 -PARTⅠ:理论建模与热重实验

本文根据反应动力学的简单碰撞理论(SCT),建立了气固两相反应通用模型,进一步研究了煤焦燃烧和燃尽的统一动力学模型;粉煤悬浮燃烧时挥发分的析出模型也可包含在该模型中;该模型充分考虑了粉煤在热天平中与在炉内燃烧条件下氧气浓度和氧气可达比表面积变化规律的差异,并给出了计算活化能函数和氧气可达比表面积的新方法,可提高利用热天平获取的动力学参数对炉内煤粉燃烧速率预报的准确性。通过热重分析和已经报道的试验数据对模型的合理性进行了检验。     

惰性多孔介质内过滤燃烧特性分析

以惰性堆积床内甲烷/空气低速过滤燃烧为例,因次分析系统特征尺度,基于修正的单温度模型,提出一种封闭的耦合解析方法,对燃烧过程进行理论分析.研究了燃烧波波速、火焰传播速率、最高燃烧温度等燃烧特性参数,将计算结果与实验结果以及前人的理论结果进行对比.     

煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究

采用热天平获得同一种煤在不同升温速率下的TG、DTG曲线,可求出燃烧速率、燃烧温度随燃烬度的变化曲线,根据两个不同升温速率下的数据,可计算出化学动力学参数活化能和指前因子随燃烬度的变化曲线。根据实验数据计算得到四个煤种的反应动力学参数随燃烬度变化的曲线,并预测其中一种煤在第三个升温速率下的燃烧速率随燃烬度的变化曲线,计算结果与实验结果符合较好。用此模型预测了在不同的恒定温度下试验煤种的煤粉燃烧速率随燃烬度的变化趋势。     

基于化学链燃烧生物质煤互补的天然气动力联产系统研究

针对传统煤制天然气过程存在的能量利用不合理、碳捕集能耗过高等技术瓶颈,本文探索了一种能实现CO_2零排放的基于化学链燃烧的生物质煤互补天然气动力联产系统。生物质与煤互补从气化源头调节了合成气中H_2/CO比例,有利于甲烷化反应过程,化学链燃烧实现了零能耗的CO_2捕集。研究结果表明:系统总能效率(η_(en))为57.03,效率(η_(ex))为54.65,系统能源节约率高达18.6,实现了系统CO_2零排放。分析了关键参数如氧气碳比(O/C)、蒸气碳比(S/C)、生物质煤互补比例和未反应气循环倍率对系统热力学性能的影响。     

VGT开度对汽/柴油双燃料发动机燃烧过程的影响

基于一台增压柴油发动机,在进气道增加汽油喷射系统,实现进气道预混喷射汽油,缸内直喷柴油压燃的燃烧模式,通过调节VGT(Variable Geometry Turbocharge)开度改变增压压力,对汽/柴油双燃料发动机的燃烧过程进行深入研究。研究结果表明:一定限度内VGT开度的提高使得增压压力变大,可以使缸内的充量密度变大,局部当量比下降,放热速率变缓,使缸内燃烧趋近于低温燃烧,且适当提高柴油喷射共轨压力,可以有效提高混合气的燃烧速率;增压压力主要影响第一次喷射的柴油燃烧;在1800 r/min_145 Nm的工况点,随着VGT开度的增大,样机氮氧化物和碳烟排放均降低,燃烧循环变动和泵气损失对油耗的影响呈现先降后升的趋势,在0.16 MPa左右达到最低。     

着火油罐燃烧特性的理论分析

本文利用自行建立的油罐火灾燃烧特性通用模型,计算得到了燃烧速度、火焰高度,火焰跳动频率和平均温度等油罐燃烧特性的变化规律,并深入探讨了油品燃烧速度在油罐直径、风速、环境温度和油位等因素影响下的变化趋势。为了验证理论计算的准确性,将计算结果与汽油和柴油储罐的燃烧实验数据进行了对比,获得了较为满意的结果。