燃池内的阴燃过程的实验分析研究

为了分析燃池内的燃烧过程,设计制造了水平和竖直的纤维质燃料阴燃实验台,进行了 阴燃过程气体成分的实验分析。实验结果给出了在不同的阴燃阶段ＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ和ＣＯ２等 气体的生成规律,以及含水量、空气量和阴燃传播方向等对生成气体的影响,为深入研究阴燃的机 理,提高燃池的用能水平提供了必要的依据。     

林火中的阴燃现象:研究前沿与展望

森林中的植物腐殖质和有机泥炭土的阴燃是地球上尺度最大的燃烧与火灾现象,造成了巨大的经济损失及跨国界的雾霾,并严重破坏了生态系统。本文综述了阴燃林火的基础燃烧理论和化学反应机理,总结了其点火、火蔓延和熄火的行为特性。同时,归纳了近年来泥炭阴燃火的研究动态,包括如何通过小尺度的阴燃实验理解大尺度的阴燃林火,如何构建阴燃的数值模型等关键科学问题。最后,探讨了阴燃林火问题在燃烧学、火灾科学、林学、生态环境学、地球物理等多学科的交叉研究热点和方向,以期对未来多学科的交叉研究提供必要的参考和科学指导。     

不同燃烧状态飞火颗粒自由燃烧规律研究

飞火是开放空间中大尺度火灾非连续性蔓延的主要形式。本文通过不同热流下的木质飞火颗粒自由燃烧实验,揭示不同燃烧状态飞火颗粒的结构变形、质量损失及温度分布的变化规律。研究表明,颗粒结构变形受材料化学反应机制和热机械力作用共同影响;颗粒燃烧反应易造成热解气体的内部积聚,以致内压激增、诱发喷射或喷溅细小颗粒的现象;阴燃过程颗粒表面温度变化较小但持续时间很长,明火状态的颗粒持续高温并且温度与质量变化剧烈。     

高温热源特性对木粉阴燃传播特性影响

为了探究高温热源特性对阴燃传播的影响,本文基于高温氮化硅点火装置建立了阴燃传播速度实验测试平台,并以红棕木粉为实验材料,结合木粉的热重分析开展了不同引燃温度和时间作用下木粉阴燃传播特性实验研究,结果表明:在实验条件下,木粉堆在6种不同适宜热源引燃温度下所能达到的最高温度几乎一致约490℃,且三个热电偶位置距离阴燃初始点越近其升温到最高温度越慢;在640℃到675℃之间存在一个最佳热源热通量使木粉堆析出挥发分与内部氧气含量为适宜比例,且在这个比例下木粉阴燃初期的传播速度最快,约4.4×10~(-2) cm/s;相同高温热源温度下,木分堆持续引燃时间越长,热源提供的总热量越大,阴燃初期的传播速度越快。所得结果可为木材加工企业防控阴燃火灾提供实验依据。     

生物质废弃物的烟气强化水洗脱碱研究

本文基于CO2溶于水形成碳酸的原理,提出生物质电厂烟气强化水洗法,对生物质中水不溶AAEM(如有机AAEM、CaCO3及CaSO4等)进行有效脱除,从而抑制其燃烧过程的结渣沾污.实验结果表明,烟气强化水洗对生物质中Na、P、S、Cl、K、Ca等无机元素均有很好的脱除效果,且明显优于传统水洗,K和Ca的脱除率分别达到87％和40％.烟气强化水洗明显抑制了生物质燃烧过程中灰的熔融结渣现象,灰的软化温度从原料灰的982℃提高到了1034℃.所以,烟气强化水洗是一种有效的抑制生物质燃烧过程中结渣沾污的方法.而且,此方法也提出了一条生物质电厂烟气资源化利用的新途径.     

阴燃材料受热升温过程分析

阴燃材料在受热升温过程中会发生热解吸热反应和氧化放热反应。通过将实验过程与无反应固体受热模拟过程进行对比,来分析阴燃反应的特点。分析显示,材料中的水分蒸发在低于100℃时发生;温度达到约180℃时材料开始发生热解;温度达到约280℃时氧化反应超过热解反应开始放热;温度达到约305℃时材料内部的总放热量开始大于总吸热量。分析的结论同一些文献中的结果也是一致的。     

非预混燃烧模型模拟流化床生物质气化器中富氢气体的制备

对用流化床生物质气化器合成富氢气体,建立了基于非预混燃烧的模型对气化器中的生物质在空气-水蒸汽环境中的气化反应过程的模型,并采用流体力学软件 FLUENT 6.0对过程进行了模拟.通过模拟结果与实验结果的对比分析发现,水蒸汽与生物质的比、空氧比和生物质颗粒的粒径大小是决定产气中氢气含量的重要参数.同时,对气化器中氢气的分布进行了研究.     

森林阴燃火排放特性：研究前沿与展望

森林阴燃火是世界上最大尺度的燃烧现象之一,其排放在全球大气碳循环中扮演着重要的角色。然而其产生并累积的复杂排放物会导致区域性的雾霾灾害,严重威胁居民和消防人员的健康安全。尽管林火排放给社会经济生活带来诸多不良影响,但目前对森林阴燃火排放特性的科学认识还不足。本文总结了阴燃与明火排放的差异、影响阴燃排放的因素,以及在不同尺度研究中用于不同森林可燃物排放的测量方法。此外,本文还统计汇编了文献中包含主要火灾气体和颗粒物产物在内的排放因子数据,分析发现除CO₂及CO外,森林阴燃火产物的排放因子随分子质量的增加而逐渐减少。本文有助于提高对阴燃排放的科学认知,为防治由阴燃林火导致的雾霾灾害提供了丰富的数据基础。     

二甲醚燃料微动力装置内HCCI试验研究

二甲醚(DME)是一种能从煤、天然气和生物质中制取的燃料,能够实现发动机超低排放。本文以二甲醚为燃料,改变压缩比,对微型HCCI自由活塞式动力装置进行了单次冲击的可视化试验,采用高速数码相机拍摄燃烧过程,且首次开发了微燃烧室内部压力测试及分析系统。通过可视化试验研究,得出了压缩比等关键参数对微动力装置内燃烧特性的影响规律,获得了本文工况下微动力装置压缩着火的临界状态条件,并且通过燃烧压力测试及分析系统首次得到了微燃烧室内部燃烧压力曲线。本文试验研究结果为揭示微动力装置微压缩燃烧规律,以及为微动力系统的设计提供了一定的理论依据。     

生物质热解和燃烧过程中钾的析出迁移特性研究

生物质在热转化过程中,部分K进入到气相,会造成高温对流受热面积灰结渣和高温腐蚀等严重问题。本文利用固定床实验系统对生物质热解和燃烧过程中碱金属的析出迁移特性展开了研究。实验结果表明:温度升高有助于小麦秸秆中K元素的析出,而氧化性气氛能促进K元素的析出;小麦秸秆和稻壳的热解析出曲线差异较大,燃料种类对K元素的析出起着决定性作用;在所研究的温度范围内,水溶性K的析出占据着主导地位。     

低浓度酸对糖类物质的碳化现象研究

能源是经济与社会发展的基本动力,随着全球经济发展以及世界人口的增长,能源与环境的危机也日渐凸显。所以开发可再生能源成为减碳和实现社会可持续发展的必然选择。目前,生物质因具有CO₂零排放不会造成温室效应的特点,被公认是一种优质的燃料。但是生物质同时具有含氧量高和含碳量少的特点,而碳含量对于生物质燃烧在释放能量方面具有积极的作用,氧含量则起到负面作用。所以生物质也存在不抗烧,热值低等缺点。本实验的目的是找到一种可以提高生物质碳含量和降低氧含量的方法。糖类物质是生物质的重要组成部分,本工作采用了不同浓度的盐酸、硫酸和高氯酸分别与糖类物质在常温常压条件下进行碳化反应。并通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析和显微红外分析等方法对碳化残余物质进行表征,结果发现样品的碳含量都有了明显的增加并且伴随着氧含量的下降。同时,通过滴定的方法发现各种酸都有少量的消耗,可以用于循环利用,减少酸污染。值得提出的是,本实验所有的反应都是在常温常压零能耗的条件下进行的,这大大减少了其他能源的消耗,减少环境危机。所以本研究为可能改善生物质燃料燃烧的特性,降低能源利用带来的环境污染和产生更高能量密度能源物质提供了新的机会。     

层燃炉中生物质燃烧辐射传热特性的研究

对生物质在链条炉中的燃烧辐射传热特性进行数值模拟研究,并与烟煤的燃烧辐射传热特性进行对比。结果表明:与烟煤相比较,生物质燃烧温度较低,最高温度约为2000 K,烟煤的最高温度约为2200 K,生物质温度分布比较均匀;生物质的辐射热流密度低于烟煤,生物质辐射热流密度为120～320 kW/m²,烟煤辐射热流密度为150～440 kW/m²,生物质和烟煤的的辐射传热系数比较接近,在120～240 W·m^-2·K^-1之间。烟煤的玻尔兹曼特征数大于生物质。     

聚氨酯泡沫反向阴燃的数值模拟

本文根据两步反应机理,建立了2维非稳态燃料阴燃的数学模型.该模型考虑了气体在多孔介质内扩散系数的变化.应用该模型模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明;首先阴燃传播速度随着来流速度的增大而增大,当风速为0.2 cm/s时,阴燃速度达到最大值0.0093 cm/s,而后随着风速的增大阴燃速度逐渐降低直至熄灭;来流速度对阴燃最高温度影响不大.同时还模拟了氧气浓度的影响、燃料阴燃中气体组分和固体成分的变化以及温度分布情况.     

基于傅里叶变换红外光谱探测的火灾早期过程特征信息研究

通过对火灾过程中各种特征参量进行分析,提出采用CO作为早期火灾探测的探测对象,并在此基础上建立起基于傅里叶变换红外光谱仪的完善试验系统。通过该实验系统进行了大量早期火灾加热阴燃及燃烧试验,经过光谱定量分析得到其各自CO浓度变化数据。在数据分析的基础上通过时间序列分析建模建立起CO浓度数据的二阶自回归模型,提取出表征火灾整体特性的过程特征信息参数1和2。通过相平面分析表明:真假火灾的过程特征信息参数具有明显的区域分布差异性,利用这种特性可以快速将真假火灾分辨出来。大量试验结果证实该探测方法能够在火灾发生早期及时对真假火灾进行有效辨别。     

生物质燃烧中碱金属和氯沉积烧结行为分析

采用化学热力学平衡的方法,对秸秆燃烧中K、Na、Cl的转化规律及形成的产物进行了研究,并与锅炉采样结果对照,讨论了生物质锅炉过热器严重积灰烧结的原因。研究结果表明,生物质中的K、Na、Cl在燃烧温度小于600℃时只存在于固相中。当温度大于600℃时产生气态的KCl、NaCl、KOH、NaOH、K、Na等。现场采样结果表明,生物质锅炉的过热器积灰烧结问题正是由这些气态碱金属化合物的凝结和硫酸盐化而引起的。     

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。     

基于图像处理的生物质颗粒燃烧特性研究

本文通过搭建McKenna型燃烧系统研究生物质颗粒的燃烧特性。基于数字图像处理技术分别研究氧浓度、流量和颗粒尺寸对生物质颗粒燃烧特征和挥发分火焰特征的影响。研究表明,随着氧浓度的增加,生物质颗粒的着火延迟时间、挥发分燃烧时间和碳燃烧时间均呈现下降趋势。挥发分火焰时均面积随着氧浓度的增加而减小,挥发分火焰时均平均亮度随着氧浓度的增加而增加。流量对生物质颗粒燃烧特性的影响与氧浓度的影响相似,而颗粒长度对生物质颗粒燃烧特性的影响与氧浓度和流量的影响相反。     

基于多源卫星多光谱遥感数据的过火面积估算研究

露天生物质燃烧是重要的大气污染物排放源,导致空气质量恶化并引起气候变化。卫星遥感数据能够提供大尺度、多时相的监测信息,然而燃烧火点监测和火烧迹地监测两种方式都存在着局限性。以美国东南部地区为研究区域,通过结合卫星遥感获取的高分辨率燃烧面积数据及多时相的燃烧火点数据,建立时空匹配模型估算露天生物质燃烧过火面积。通过分析植被燃烧前后的光谱变化特征,基于高分辨率的Landsat-5 TM4波段(0.84 μm)与7波段(2.22 μm)数据, 利用差分归一化燃烧比(dNBR: the differential normalized burn ratio)提取燃烧面积数据;而燃烧火点数据则通过分析燃烧植被的热红外光谱特征利用MODIS 4与11 μm波段数据提取。结果显示,该地区燃烧面积与燃烧火点数量之间相关系数达0.63,并且二者之间的比例关系随植被类型而发生变化,林地、草地、灌木、耕地和沼泽五种植被类型对应的像元燃烧面积分别为0.69,1.27,0.86,0.72和0.94 km2。通过与美国火灾中心(national interagency fire center, NIFC)地面调查数据比对,模型估算的美国东南部过火面积数据较为精确,而同期的MODIS燃烧面积产品(MCD45)及燃烧源清单产品(global fire emissions database, GFED)遗漏了该区域大量的小面积燃烧事件。因此,本研究建立的过火面积估算模型能够提供更为精确的排放源参数信息,有利于区域空气质量模式准确地模拟露天生物质燃烧排放状况。     

CO_2和CF_3H抑制烟煤燃烧机理的对比试验研究

为研究二氧化碳和三氟甲烷对烟煤燃烧的抑制机理和抑制效果,采用自主研制的煤燃烧试验装置,对平煤八矿煤样进行了通入相同体积流量CO_2和CF_3H的煤燃烧灭火试验,测定了煤燃烧过程中温度场温度、标志性气体(O_2、CO和CH_4)组分和热释放速率的变化规律;并运用化学动力学软件CHEMKIN模拟了相同体积流量CO_2和CF_3H抑制CH_4/O_2火焰中主要自由基浓度、反应物与燃烧产物浓度随火焰高度的变化关系.结果表明:相比于煤粒空气条件下燃烧,在煤有焰燃烧阶段,通入CF_3H煤燃烧火焰中主要自由基生成速率、煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH_4浓度下降速度比通入CO_2煤燃烧的更低;在煤阴燃熄灭阶段,通入CF_3H煤燃烧的煤温、CO和CH_4浓度下降速度比通入CO_2煤燃烧的更高,而通入CF_3H煤燃烧的耗氧量和热释放速率比通入CO_2煤燃烧的更低;说明CF_3H比CO_2具有更好的抑制烟煤燃烧的能力.     

宇宙中元素的起源

宇宙中绝大部分锂以及所有比锂重的元素都是通过星体内部核过程产生。文章简要介绍这些核合成过程及其发生的天体物理场所以及重元素起源,深地核天体物理实验等相关前沿研究。