介质阻挡放电等离子体辅助氨制氢研究

在介质阻挡非平衡等离子体放电过程中,通过在电极两端施加电压,流经放电区域的气体被击穿,产生高能电子和激发态组分。这些活性粒子与气体分子发生非弹性碰撞引起分子的电离或离解,促进燃料的转化。本文主要从稀释气体、脉冲电压和燃料浓度三个方面进行研究,探讨不同稀释气体对放电过程中电流和反应区温度的影响、脉冲电压和燃料浓度变化时氨气的转化率及氢气生成的变化规律。     

汽油低温氧化特性及替代物模型研究

本文利用射流搅拌反应器对国产汽油以及汽油替代物模型中的重要组分异辛烷开展了低温氧化特性实验研究,并通过对国产实际汽油进行组分测量,获得了不同组分类型的摩尔分数。结合实际汽油的组分结构和物化特性,选取了五种代表性组分来构建合适的汽油替代物模型并发展了动力学机理,利用该机理分别对单组分燃料和实际汽油的低温氧化特性进行了模拟验证,结果吻合良好。     

1-戊烯和2-甲基-2-丁烯的层流燃烧速率的测量

本文利用定容燃烧弹平台测量了不同初始温度(353,393和433 K)和初始压力(0.1,0.2和0.4 MPa)条件下的戊烯同分异构体(1-戊烯和2-甲基-2丁烯)的层流燃烧速率.实验结果表明1-戊烯的层流燃烧速率高于2-甲基-2-丁烯。本文对爱尔兰高威大学最新发表的戊烷同分异构体机理的1-戊烯和2-甲基-2-丁烯子机理进行了优化,利用优化后的机理进行了进一步的模拟工作。进一步的路径分析表明,1-戊烯的层流燃烧速率较2-甲基-2-丁烯快的原因主要是前者生成了较多的活性H自由基而后者生成了较多的H消耗中间产物和甲基.     

甲烷掺混氢气长直管道压力振荡特性研究

本文研究了CH₄-H₂/空气的燃烧和压力振荡特性,在长直管道燃烧平台测量了初始压力为0.15、0.1 MPa,初始温度为298 K,掺氢比范围为0～100%,当量比范围为0.8～1.5,以及管道长径比为1.43、1.86、2.29的火焰发展图像和压力振荡数据。点火形式有单点和双点。结果表明,指形火焰阶段是强压缩波形成的重要阶段,火焰加速时间和传播速度均是影响压缩波强度的因素。随着掺氢比增加,压力振荡强度整体趋势上升,主频分布在3080 Hz～3470 Hz。双点火条件下,各长径比下的压力峰值、升高率以及振荡强度均高于单点火,振荡的主频分布规律与单点火相同。     

高温高压下1,3-丁二烯层流燃烧特性研究

高速纹影系统结合定容燃烧弹和定压燃烧弹测量了高温(298～398 K)高压(0.1～1 MPa)下,当量比为0.7～1.6的1,3-丁二烯/空气和1,3-丁二烯/氧气/氦气混合气的层流燃烧速度,并分析了温度和压力对层流燃烧速度的影响。利用实验数据对现有1,3-丁二烯的化学反应动力学模型计算值进行了验证,并通过敏感性分析了基元反应对于层流燃烧速度的敏感性。     

高压火焰传播临界初始半径的实验和理论研究

本文从实验和理论计算上对第一临界火焰初始半径和第二火焰临界初始半径进行了研究。由于第一临界火焰初始半径从实验中难以获得,本文测量了最小临界火焰半径来代替研究第一临界初始半径的规律。本文利用定压燃烧弹测量了1,3-丁二烯/氦气/氧气混合气在当量比0.8～1.5,初始压力最高1.5 MPa下的临界火焰初始半径,研究了当量比和压力对两种临界火焰初始半径及其对应的临界火焰拉伸率的影响,利用非线性模型给出了快速预测第一和第二临界火焰半径的方法。本文还利用火焰详细模型计算了理论临界火焰初始半径,并与实验结果进行了比较。利用详细模型研究了Zel’dovich数对于临界初始半径的影响。     

定容燃烧弹内压力振荡机理研究

本文基于一种具有较好发展前景的醚类汽油添加剂异丙醚(DIPE),在定容燃烧弹内研究了该燃料在不同初始压力下随当量比变化的压力振荡特性。实验结果表明,压力振荡强度随当量比增加呈先增大后减小的趋势,且在当量比1.4附近达到最大值;随初始压力增大,压力振荡的强度也增强。本文通过利用He和CO₂以不同掺混比替代N₂作为稀释气体,验证了定容燃烧弹内的压力振荡主要由压力波与火焰相互影响引起,火焰自加速和混合气能量密度对压力振荡有至关重要的作用。     

等离子体催化铁系金属催化剂氨分解制氢研究进展

氢能作为一种零碳二次能源被广泛应用于各种工业领域.氨作为一种储氢载体,具有储氢量高(17.6 wt%)、能量密度高和易液化等特点,其分解产物只有氢气和氮气,符合国家“碳达峰,碳中和”的战略发展方向.但是氨分解的活化能高,反应条件较为苛刻.因此,开发安全、高效、低成本的氨分解制氢技术对于氢能发展具有重要意义.文章首先阐明了氨分解反应的基本原理,介绍了铁系金属催化剂催化NH₃分解制氢的研究进展, Fe,Co和Ni基催化剂的NH₃分解活性较高,因为其金属-氮的结合能适中,之后从调控活性金属中心出发,通过加入第二金属、调控形貌、缺陷/掺杂、构建金属-载体相互作用等方面设计提高氨分解的活性,并采用多种表征方法揭示催化剂的构效关系.除铁系催化剂外,还重点介绍了提高氨分解效率的等离子体技术,回顾了等离子体的原理、种类、作用机制以及在辅助催化氨制氢方面的协同效应.文章综述了催化NH₃分解的反应机理,介绍了目前氨分解制氢催化剂设计的最新进展,总结了提高NH₃分解制氢的策略,强调了等离子体在辅助催化NH₃