CSP分析方法在简化燃烧化学反应系统中的应用

基于计算奇异摄动(CSP)思想, 对甲烷/空气预混燃烧系统进行分析. CSP将反应空间分裂, 消除刚性; 将单点分析和全局分析相结合, 合理选择主要组分和稳态物质, 使用CSP的特征指数简化方程. 构建了针对甲烷/空气预混燃烧系统的总包15步反应机理, 并利用Sandia实验室的PREMIX软件包对该系统进行分析, 验证了简化机理的准确性, 证实了CSP分析方法在燃烧系统中应用的可靠性和优越性, 并为研究简化燃烧系统的分析提供了一种新的思路.     

一氧化碳添加对甲烷/空气贫燃预混火焰的影响(英文)

通过对贫燃条件下(燃料与空气化学计量比φ=0.60-0.80)的甲烷/一氧化碳/空气火焰结构进行数值模拟,研究燃料中一氧化碳添加量对层流燃烧速度、氮氧化合物的排放以及熄火拉伸率的影响.随着燃料中一氧化碳添加量的不断增加,层流燃烧速度有所下降,这与燃料中加入氢气产生的现象有所不同.为了解释这一现象,本文深入探讨了层流燃烧速度与H+OH浓度峰值之间的关系,结果表明,一氧化碳的增加导致H+OH浓度峰值呈线性下降,与层流燃烧速度下降趋势完全一致.随着一氧化碳的增加,氮氧化合物排放量有所下降.探讨了NO的生成机理,且由敏感性分析得到生成NO的重要反应,分析当一氧化碳量增大时,NO的浓度以及重要反应的NO生成率均下降.此外,利用数值模拟求解径向拉伸率,深入分析燃料中添加一氧化碳时拉伸率对贫燃火焰稳定性的影响.由计算结果得到熄火拉伸率,发现燃料中一氧化碳的添加在一定程度上能够增强火焰的稳定性.     

乙炔/空气预混火焰中CO添加对炭黑生成影响的数值分析(英文)

针对乙炔/空气预混火焰中CO添加对炭黑生成的影响进行了详细的数值模拟.通过对含有不同CO添加量的火焰的模拟结果比较,研究CO添加的温度和化学作用对于炭黑形成的影响.计算结果显示CO添加使炭黑的生成单调下降.炭黑体积分数和成核速率随着温度的升高而增加,到达一个阈值后,再随温度的升高而减少.从炭黑生成的H-萃取角度来看,由于反应OH+CO=CO2+H的向右速率增加,H原子增加以及OH自由基减少,CO添加会激发炭黑生成.从炭黑生成的C-添加机理来看,CO添加减小了C2H2的消耗速率,CO添加也有助于炭黑生成,但CO添加降低了燃料中C2H2的体积分数,使得炭黑表面增长速率降低.     

Physical and chemical effects of phosphorus-containing compounds on laminar premixed flame

Phosphorus-containing compounds are the promising halon alternatives for flame inhibitions. However, some literatures suggested that the phosphorus-related inhibitors may behave as the unfavorable ones that will increase the burning velocity under lean-burn conditions, and this indeed posed potential threats to the fire prevention and fighting. To seek deeper insights into the reaction process, a numerical investigation was actualized to study the phosphorus-related effects on methane-air flames. By replacing a phosphorus-related inhibitor with the corresponding decomposed molecules, the detailed promoting and inhibiting effects of combustion were separated from the general chemical effect. A comparative study was carried out to identify the interaction between the two effects under different combustion conditions. It is observed that the promoting effect becomes the dominant factor during the reaction process when the equivalence ratio is smaller than 0.60. In this lean-burn condition, the exothermic reactions were faster than the others within the reaction chains due to the reduction of radical recombination in hydrocarbon oxidation. The results are believed to be useful for the further application and improvement of flame inhibitors.     

添加氢气对LPG/空气预混火焰结构的影响

针对氢气添加的LPG(液化石油气)+空气预混火焰结构进行了数值研究, 详细计算了在含氢比a为0%到45%、稀释引子D为21%到16%条件下的自由蔓延火焰, 得到了不同燃烧条件(φ=0.7-1.4)下的绝热燃烧速率变化规律. 由于LPG中的主要成分为丙烷和丁烷, 作者针对C3和C4物质提出了详细化学反应动力学系统, 并针对氢气添加的丁烷燃烧过程进行了数值计算, 得到了与实验相一致的结果, 验证了改进的详细化学机理的有效性. 此外, 进一步计算了对撞双火焰的加氢LPG火焰, 更加深入地探讨了火焰拉伸对燃烧稳定性和温度的影响, 重点研究了φ在0.5到0.7的稀薄燃烧, 验证了氢气添加可以有效提高稀薄燃烧条件下熄火拉伸率, 扩大稀薄燃烧的极限, 增加火焰的稳定性.     

基于直接关系图法的碳氢燃料复杂化学机理简化

采用直接关系图(DRG)法, 针对碳氢类氧化反应详细机理, 进行了不同指定精度水平的甲烷框架化学机理简化研究. 通过DRG可以发现, 机理中存在强烈耦合的组分组, 在框架机理中, 这些组分组或同时保持或集体去除. 研究表明, 给定阈值着为0.01的框架机理仅包含182个反应、涉及27种组分, 虽然给定阈值的精度并不高, 但所得框架机理和原详细机理关于火焰结构的计算结果吻合很好. 本研究发现, 开始组分仅给定燃料物质是不够的, 当开始组分仅给定燃料物质, 则阈值着需很小, 形成的框架机理较大, 否则计算误差不可接受, 而开始组分给定燃料和氧化剂(或N2)物质, 阈值着可以取得较大, 形成的框架机理尺度可以较小, 而火焰模拟的精度仍很高.     

磷化合物的火焰抑制中湍流混合作用数值研究

首先构筑了含磷化合物添加剂的甲烷氧化复杂化学动力学机理, 验证了该机理的可靠性, 进而采用随机Monto Carlo 概率密度函数PDF模拟, 详细计算了部分搅拌器中考虑湍流混合作用的磷化合物的火焰抑制行为, 讨论了湍流混合时间与驻留时间比τmix/τres对火焰结构的影响、熄火、以及包含关键火焰自由基重组的催化循环等问题.     

复杂化学机理简化的关联水平法

提出一种组分简化的新方法——关联水平法LOC, 根据LOC算法, 简化机理的构建由任一指定的组分集开始, 采用其它组分对指定组分集生成速率的正规化贡献和正规化Jacobian相结合的方式进行分析, 查明与指定组分集强烈关联的组分集合. 采用LOC法, 对一包含635个基元反应、涉及116种组分的乙烯详细机理进行了简化研究, 构筑了46组分274个基元反应的框架机理、以及21组分14步总包反应的简化机理, 针对预混火焰结构的模拟表明, 构建的框架机理和总包简化机理与详细机理的计算结果具有很好的一致性.     

二十二碳六烯酸乙酯及其与银离子络合物的紫外光谱

报道了二十二碳六烯酸DHA之酯－银离子络合物的生成条件,和DHA人酯及其与银离子络合物的紫外光谱特性,总结了络合前后光谱特征峰的移动规律,揭示了该络合物的结构和络合反应机理。     

银离子络合物萃取DHA乙酯的络合机理研究

旨在通过测定二十二碳六烯酸DHA乙酯及其与银离子络合物的紫外光谱,研究络合前后光谱特征峰的移动规律,并用分子轨道理论对DHA乙酯－银离子的配位键作出解释,以揭示DHA乙酯与银离子络合物的结构和络合反应机理。研究表明,由于DHA乙酯与银离子发生了络合作用,使得络合物的紫外特征峰蓝移,相对于络合前而言,DHA乙酯与银离子络合物的最高占据轨道HOMO与最低空轨道LUMO之间的相对能量差加大,络合物外层价电子跃迁的两个能级间距离增大,电子跃迁需要更高的能量。