庚酸甲酯高温燃烧化学动力学机理的系统简化和分析

采用详细化学反应动力学机理的系统简化方法, 对庚酸甲酯高温燃烧化学动力学机理进行了系统简化. 首先采用两步直接关系图法(Directed relation graph method, DRG)和主成分分析(Principle component analysis, PCA)方法对由1087个物种、4592步可逆反应组成的庚酸甲酯燃烧的详细机理进行框架简化, 得到了包含108个物种, 547步基元反应的框架机理. 在此框架机理基础上, 进一步采用计算奇异值摄动法(Computational singular perturbation, CSP)对框架机理进行时间尺度分析, 再选取30个准稳态物种, 采用准稳态近似(Quasi steady state approximation, QSSA)方法构建了包含78个物种、74步总包反应的全局简化机理. 模拟结果表明, 在较宽的参数范围内, 框架机理和全局简化机理均能重现庚酸甲酯高温燃烧时的点火延迟、物种浓度分布和熄火等燃烧特性. 此外, 基于框架机理阐明了庚酸甲酯高温燃烧的反应路径和对点火有重要影响的基元反应. 与详细机理相比, 框架机理保留了良好的精确性和全局性, 可以很好地反映庚酸甲酯的燃烧特性, 有助于对生物柴油的燃烧过程的理解.     

正十二烷高温燃烧机理的构建及模拟

基于燃料燃烧反应机理的计算机自动生成方法,构建了正十二烷高温燃烧的详细反应机理; 分别采用物质产率分析和反应路径流量分析方法对详细机理进行简化,得到包含202个物种、738步反应的半详细机理和53个物种、228步反应的骨架机理; 对正十二烷点火延时、高温裂解以及层流火焰速度的模拟结果表明半详细机理和骨架机理具有很高的模拟精度,在工程计算流体力学仿真设计中有很好的应用前景.最后分析了正十二烷高温燃烧的反应路径,并对点火延时做了敏感度分析,考查了机理中的关键反应.     

正十二烷高温机理简化及验证

由于详细化学反应机理在模拟燃烧室燃烧时,计算量极大,很难被广泛运用。为了满足工程设计要求,采用替代燃料的简化机理进行计算不失为一种行之有效的方法。本文基于误差传播的直接关系图法和敏感性分析法对正十二烷180组分1962步高温机理(温度大于1100 K)进行简化,获得40组分234步化学反应机理。在温度为1100–1650 K,压力为0.1–4 MPa条件下,采用简化机理及详细机理对不同当量比、压力下着火延迟时间进行模拟,模拟结果与实验数据吻合得较好。通过对不同压力及温度下火焰传播速度进行模拟,验证了简化机理能够正确地反映正十二烷的燃烧特性。利用C_(12)H_(26)/OH/H_2O/CO_2等重要组分随时间变化的数据,验证了简化机理能够准确描述燃烧过程反应物消耗、基团变化、生成物产生的过程,并表明该机理具有较高的模拟精度。利用该简化机理对本生灯进行数值分析,结果表明该机理能够准确地反映火焰区温度和组分浓度的变化。紧凑的正十二烷高温简化机理不仅能够正确体现其物理化学特性,而且能够用于三维数值模拟,具有较高的工程运用价值和应用前景。     

C1-C2燃料燃烧机理的框架简化

采用六种直接关系图类（DRG）方法对包含253个物种和1542个反应的AramcoMech 1.3机理进行简化,并通过对所得到的六种简化机理取交集,最终得到包含81个物种和497个反应的框架机理。所得81个物种框架机理的点火延迟时间最大误差与其简化方法得到的框架机理最大误差相比并没有显著增加;这表明从不同简化方法的框架机理结果取交集可以有效去除冗余物种。基于81个物种框架机理模拟的双组分混合燃料的点火延迟时间与详细机理机理结果吻合很好。同时该框架机理在不同反应器中的模拟结果验证了温度、物种浓度分布和火焰等燃烧特性。元素流动分析结果表明,81个物种框架机理精确地再现了详细机理的燃烧反应路径。保留了详细机理的所有重要反应路径和层级结构,能够很好地再现C₁-C₂燃料的各种燃烧特性。因此,基于该81个物种框架机理可作为核心机理用于发展大分子烃类或含氧燃料的燃烧机理。     

正癸烷热解的小规模化学动力学机理模型

正癸烷是目前常用的吸热型燃料的替代组分, 但是其热解机理的研究迄今还很少, 且现有的少数几个机理由于规模庞大使用不便. 本文首先构建了一个包含33种组分和75个基元反应的正癸烷热解动力学机理模型(Mech33); 随后, 在该机理的基础上进一步通过灵敏度分析得到影响主要热裂解组分生成的速率控制步, 并采用局部平衡和稳态假设对Mech33机理简化得到了规模更小的、仅包含22种组分和59步反应动力学机理模型(Mech22). 在较宽的温度和压力范围内对流动反应器及激波管中正癸烷热解过程进行了数值模拟, 并与实验数据进行了对比, 结果表明, Mech33和Mech22两个动力学机理模型都能够很好地描述正癸烷热裂解过程,并准确预测主要热裂解产物的浓度分布, 为进一步实现化学反应与计算流体力学(CFD)耦合的工程计算提供了有价值的动力学机理模型.     

正十二烷醇与环氧乙烷的加成反应动力学研究──最佳反应时间的确定

正十二烷醇与环氧乙烷的加成反应动力学研究──最佳反应时间的确定张仁权,张维冰,李葵英,王万兴（齐齐哈尔轻工学院化工系,齐齐哈尔,１６１００６）关键词正十二烷醇聚氧乙烯醚,碱催化,聚合度在工业生产中脂肪醇与环氧乙烷的加成反应多采用ＫＯＨ和ＮａＯＨ等强碱...     

采用系统的方法自动构建链烷烃高温燃烧反应机理

为了得到合理可靠和简化的反应机理,利用反应机理自动生成程序ReaxGen,构建了正庚烷、异辛烷、正癸烷和正十二烷的高温燃烧反应详细机理;同时分别采用物质产率分析和反应路径流量分析的方法对详细机理进行简化,得到了半详细机理和骨架机理. 在较宽的温度和压力条件下,对半详细机理和骨架机理进行了点火延时、层流火焰传播速度和重要物种浓度曲线的模拟并与实验结果比较;最后,图示说明了这些烷烃的主要高温燃烧路径,给出了点火延迟时间的敏感度分析. 结果表明：这些机理能够合理描述链烷烃的自点火特性,文中提出的结合ReaxGen程序的机理构建方法和反应路径流量分析的简化方法也可以用于其它烃类的高温燃烧机理构建.     

正癸烷燃烧机理及航空煤油点火延时动力学模拟

以单一正癸烷作为国产航空煤油的单组分替代模型, 应用自有的碳氢燃料反应机理生成程序ReaxGen-Combustion构建了燃烧反应的详细机理. 以国产煤油在加热型激波管上的燃烧实验为参考, 对比研究了文献报道的3组分替代模型(模型Ⅰ)、2组分替代模型(模型Ⅱ)以及本文的单组分替代燃烧反应机理(模型Ⅲ)在预测我国航空煤油点火延时特性方面的实用性. 结果表明, 温度在1052~1538 K时, 模型Ⅰ预测的点火延时与实验值相差较大; 模型Ⅲ在温度高于1176 K时的预测值与实验值符合较好, 在1052~1176 K之间时则相差较大; 模型Ⅱ与模型Ⅲ预测值符合很好, 由于前者考虑了低温反应机理, 因而对1052~1176 K区间的预测精度与模型Ⅲ相比有所改善. 计算还发现, 模型Ⅱ中添加的20%(质量分数)1,2,4-三甲基苯对高温段点火延时未产生明显影响.     

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.     

正癸烷着火及燃烧的化学动力学模型

构建了一个包含46组分和167反应的描述正癸烷着火与燃烧过程的化学反应动力学机理模型, 该机理是在通过路径分析和灵敏度分析对Peters 机理(118组分和527反应)进行较大程度简化的基础上, 对低温着火和火焰传播速度影响较大的部分基元反应进行修正和改进后得到的. 与文献给出的实验结果对比表明, 该机理不仅比现有的机理具有较少的组分数和基元反应数, 而且能够更准确地预测正癸烷低温和高温条件下的着火延迟时间和火焰传播速度. 该机理为进一步实现总包简化机理与计算流体力学(CFD)的耦合计算奠定了基础.     

不同形貌镍纳米粒子-石墨烯复合材料的制备及微波吸收性能

采用原位化学还原方法制备出了两种不同形貌的镍纳米粒子-石墨烯(Ni-GNs)复合材料, 并研究了形貌对复合材料电磁吸收性能的影响. 制备过程中通过改变反应物的加入顺序, 制备出球形和刺球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料. 利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的形貌、结构和微波吸收性能进行了表征. 结果表明: 刺球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料相比于球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料具有优异的电磁吸收性能, 其原因是由于复合材料中刺球形镍纳米粒子独特的各向同性天线形貌引起的尖端放电效应. 因此利用简单的原位化学还原制备不同形貌镍纳米粒子-石墨烯复合材料的方法可以作为其他复合材料制备的总体路线.     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

二聚体C2H4-nFn···LiH (n=0, 1, 2)中π锂键的性质和弱方向性

采用二级微扰理论(MP2)量子化学研究方法, 对C₂H_4-nF_n···LiH (n=0, 1, 2)二聚体的结构和π锂键性质进行了分析. 结果表明氟原子的取代改变了乙烯分子的π电子云形状, 从而使二聚体体系中的π锂键发生偏移、伸长和弯曲. 通过与类似的π氢键体系C₂H_4-nF_n···HF (n=0, 1, 2)比较, 发现π锂键在二级弱相互作用的影响下, 发生了明显的弯曲, 表现出弱的方向性. 在CCSD(T)/6-311++G(3df, 3pd)理论水平下, 二聚体的相互作用能强弱顺序为: 33.85 kJ·mol^-1 (C₂H₄-LiH)>27.32 kJ·mol^-1 (C₂H₃F-LiH)>21.34 kJ·mol^-1 (cis-C₂H₂F₂-LiH)>20.25 kJ·mol^-1 (g-C₂H₂F₂-LiH), 说明氟取代削减了乙烯分子与LiH之间的相互作用.     

Cu对K-LaZrO2异丁醇合成催化剂的影响

采用X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(TPD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术及富集法考察了K-LaZrO₂和K-CuLaZrO₂催化剂结构、CO和H₂在锆基催化剂上的吸附行为及异丁醇合成活性的影响. 结果表明, 催化剂添加Cu后, 与Zr形成较好的固溶体, 促进了CuO的分散, 且抑制了ZrO₂结晶, 增强Cu-Zr相互作用, 提高了催化活性. CO-TPD结果显示, 引入Cu后, 催化剂表面CO吸附量明显增加, 有利于碳链增长; H₂-TPD结果显示, 与活性相关的低温脱附氢量也明显增加. 另外, FTIR及富集法结果发现, Cu的引入促进了表面C₁物种的形成, 增加了表面C₁物种含量, 促进了碳链增长, 明显改善了异丁醇的选择性. 在p=10.0 MPa, 空速(GHSV)=3000 h^-1, T=360℃, V(H₂)/V(CO)=1:1条件下,异丁醇选择性达到48.5%.     

HF在α-AlF3(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论系统研究了不同覆盖度下HF在3F、2F、1F与Al 终端的α-AlF₃(0001)表面的吸附行为, 分析了HF与不同终端表面相互作用的电子机制. 计算结果表明: HF在3F终端的α-AlF₃(0001)表面物理吸附; 在2F及1F终端表面化学吸附, 形成Al-F键和FHF结构, 使HF分子活化, 可以参加下一步的氟化反应; 在Al 终端表面解离吸附形成Al-F与Al-H键. 3F、2F、1F及Al 终端表面配位不饱和数目分别为0、1、2与3配位.不同覆盖度研究表明, 在2F终端表面上, 吸附一个HF分子使表面Al 配位达到饱和, 后续吸附的HF为物理吸附; 而在1F与Al 终端表面仍可化学吸附. 因此, 推测α-AlF₃暴露不同终端表面中Al 原子配位不饱和数越高, 其对HF吸附与活化能力越强, 可能的氟化催化反应活性越高. 差分电荷密度与电子态密度分析表明, HF与3F终端α-AlF₃(0001)表面发生弱相互作用, 而与2F、1F与Al 终端表面形成较强的电子相互作用.