氢气对正丁烷/空气混合物催化着火的热作用和化学作用

通过对正丁烷/氢气/空气混合物在Pt 催化表面的详细反应机理分析, 研究了氢气添加对正丁烷/空气混合物催化着火过程的影响. 研究发现, 在正丁烷/空气混合中添加氢气有助于正丁烷在更低的温度下实现催化着火, 而且不同的氢气添加量对混合物的着火温度和着火过程呈现不同的影响: 当氢气添加量较小时, 氢气的作用主要呈现为热影响; 而当氢气添加量较大时, 氢气的作用主要呈现为化学影响. 这些结果与实验结果是一致的. 本文进一步确定了发挥不同作用的氢气添加量的范围, 并分别对热作用和化学作用情况下的着火启动反应进行了动力学分析.     

烷烃/正庚烷和醇/正庚烷二元燃料低温着火特性的模拟研究

二元燃料燃烧技术作为一种应用替代能源的技术已经被广泛应用,为了深入地理解天然气、液化石油气和醇类等被引燃燃料对柴油低温着火的推迟影响,本文对二元燃料低温着火过程进行了模拟研究。结果表明,在初始温度小于1000 K时,被引燃燃料推迟正庚烷着火的能力由高到低的顺序为:乙烷丙烷正丁烷正戊烷正己烷,从正戊烷开始,被引燃燃料对正庚烷着火的抑制作用开始消失。甲醇和乙醇几乎没有低温反应活性,它们将活泼的OH转化为了稳定的H_2O_2;醛类和烯醇的生成反应是醇类燃料推迟正庚烷着火能力强于对应烷烃燃料的原因。     

生物柴油替代混合物化学动力学模型构建及路径分析

以癸酸甲酯(C₁₁H₂₂O₂)和正庚烷(nC₇H₁₆)作为生物柴油替代混合物,通过相对分子质量、低热值以及含氧量与实际生物柴油对比确定两种组分按摩尔比1：1混合,并在此基础上构建了一个由691种组分、3226个基元反应组成的生物柴油替代混合物的化学动力学机理. 在激波管条件下该机理计算的着火延迟与实验数据吻合很好;在发动机条件下该机理计算的缸内压力与实验值吻合很好,CO、未燃碳氢和NOx与实验结果趋势一致.此外,本文还对替代混合物的低温反应动力学过程进行了分析,结果表明癸酸甲酯脱氢产物主要为MD2J和MDMJ. MD2J在低温阶段的主要消耗途径除了加氧之外,还有与正庚烷基(C₇H₁₅-1)第一次加氧产物(C₇H₁₅O₂-3)进行交叉反应;发生分解反应生成MP2D及与氧发生脱氢反应生成MD2D. 另一种主要脱氢产物MDMJ在低温阶段的主要消耗途径为通过同分异构转化为MD2J和MD3J.     

二甲醚低温低压自点火行为的实验和理论研究

针对二甲醚(DME)低温低压数据缺乏和反应机理认识不统一问题,利用高压激波管进行点火延迟期测量实验,实验工况完整覆盖负温度系数(NTC:Negative Temperature Coefficient)区域。使用Aramco Mech 3.0机理对实验结果进行了数值仿真,发现与实验数据相比存在两个差异较大的典型区域:NTC高温拐点前温度区和NTC低温拐点后温度区。本文通过计算流体力学(CFD:Computational Fluid Dynamics)仿真分析,说明了热点的出现可以引起第一个区域内的差异。并且本文对DME低温反应进行动力学分析,认为第二个区域内的差异源自于机理本身。考虑用三次加氧反应优化DME机理,发现该路径对DME低温化学机理的改善贡献不大。但本文中的实验数据和DME的动力学分析为进一步优化DME低温燃烧反应动力学机理提供了思路和方向。     

正十一烷/空气在宽温度范围下着火延迟的激波管研究

在加热激波管上测量了气相正十一烷/空气混合物的着火延迟时间,着火温度为宽温度范围731-1399 K,着火压力在2.02 × 10⁵和10.10 × 10⁵ Pa附近,化学计量比分别为0.5、1.0和2.0。通过监测管侧壁观测点处的反射激波压力和OH^*发射光测出着火延迟时间。实验结果显示：在910 K以上,着火延迟时间随着火温度的降低而变长,从910到780 K,着火延迟时间随着火温度的降低而变短（显示出了负温度系数效应）,在780 K以下,着火延迟时间随着火温度的降低再次变长。在所研究的压力下,着火压力的增加使着火时间变短。化学计量比对着火延迟的影响在着火压力为2.02 × 10⁵和10.10 × 10⁵ Pa时是不同的,与在高温区相比,着火延迟在低温区对化学计量比非常敏感。在整个温度范围内,当前实验结果和LLNL（LawrenceLivermore National Laboratory）机理的预测值表现出了很好的一致性。现在的正十一烷/空气的着火数据和先前实验测量的正庚烷/空气、正癸烷/空气和正十二烷/空气的着火延迟时间相比较显示了着火延迟时间随着直链烷碳原子数的增加而减小。敏感度分析显示,高、低温条件下影响正十一烷着火延迟过程的反应是显著不同的。在高温条件下起最大促进作用的反应是H + O₂=O+OH,然而在低温条件下,起最大促进作用的反应是过氧十一烷基（C₁₁H₂₃O₂）的异构化反应。本文研究首次提供了正十一烷/空气的激波管着火延迟时间。     

基于缸内直喷的汽油HCCI燃烧特性的研究

实现汽油机的均质混合气压燃(HCCI)的难点是精确地控制着火时刻、燃烧速率以及扩展高负荷运行范围.在缸内直喷汽油机(GDI)上试验研究了分层混合气和辅助火花点火对HCCI燃烧特性的影响,考察了对不同运行工况时的适应性.开展了负阀重叠与缸内多段喷油相结合控制HCCI着火稳定性的研究,考察了不同喷油控制策略对HCCI燃烧的影响,确定了HCCI运行工况范围.     

均质混合气压缩着火燃烧过程的模拟研究

本文采用并行计算对HCCI燃烧过程进行三维数值模拟与解析,对比了采用不同数量CPU与不同规模机理时的计算效率,分析了采用不同机理以及单区和三维HCCI模拟的计算结果的影响.结果表明,合理采用并行计算和简化机理可以大幅度提高HCCI模拟计算效率.三维HCCI模拟相比于单区模拟显著提高了燃烧和排放的计算精度; HCCI燃烧过程中缸内存在明显的温度分层,燃烧呈现顺序放热.     

分析煤粒非均相着火的新方法

本文基于分析在辐射、对流加热条件下煤粒的能量守恒方程,导出了表征煤粒表面非均相反应源项开始起显著作用的、可能导致着火的着火指标,进而对微分控制方程进行了数值研究,确定了临界着火指标,从而确定了通用的着火条件,这种分析方法在精度上与精确解相同,在表达方式上有简化解的简单、明瞭的特点,因此是一种既简单又准确的煤粒着火分析方法。     

多功能旋流燃烧器的工业性试验研究

秦皇岛热电厂2＃锅炉燃烧不稳定、燃烧效率低等问题主要是由于燃烧器的一次风管道结构不合理造成的。本文采用多功能旋流燃烧器的设计思想对旋流燃烧器进行了技术改造和工业性试验研究。结果表明,改造后的旋流燃烧器其着火点提前,并且仅改造6只主力燃烧器就可以使锅炉在50％负荷时达到不投油而稳定燃烧,排烟温度、飞灰含碳量和NOx排放量明显下降。     

不同重力环境下辐射加热材料表面着火特性分析

研究外界辐射加热下，不同重力环境中热薄燃料的着火特性．探讨了重力、环境氧浓度、环境压力及外界辐射强度对着火的影响．结果表明，随着重力的变化，存在不同的着火机制．在微重力和在高的环境氧浓度中，材料的着火延迟时间变短．压力减小，着火延迟时间增大．随着辐射强度的增大，着火延迟时间变小．