小型滞止旋流火焰结构和空气动力学特性的实验研究

本文结合旋流火焰和滞止火焰的特点,发展了一种新的滞止弱旋火焰燃烧器.首先,基于中心通流的弱旋旋片发展了旋片旋流数的实验测量方法,并结合推导的适用于弱旋旋片的旋流数计算公式,为旋流数的准确测量提供了一种新的简单有效的途径.其次开展了关于火焰结构、贫燃极限、稳燃区间、火焰最高温度的研究,得出加入旋片后的滞止弱旋火焰的贫燃极限,比之常规滞止射流火焰,其当量比从 0.71 显著地降低到 0.51.最后,结合 PIV 技术开展了滞止弱旋火焰的流场实验研究.     

滞止旋流火焰合成纳米TiO_2颗粒的实验研究

湍流效应是火焰合成纳米TiO2颗粒工业化规模放大的一个重要影响因素.本文基于一种新提出的滞止旋流火焰开展了合成TiO2纳米颗粒的实验研究.在旋流数0.26的条件下,可成功获得比表面积300㎡/g以上,粒径最小达5nm的锐钛矿型TiO2颗粒,这可归因于本文滞止旋流火焰具有贫燃稳定性、速度高反应快、温度梯度大等特点.实验还...     

弱旋湍流火焰合成纳米二氧化钛的机理研究

湍流效应在火焰合成纳米TiO2颗粒工业化规模放大中具有重要影响.本文基于一种内加环形旋流片的弱旋火焰开展了合成TiO2纳米颗粒的实验研究.对于内径12 mm管式燃烧器,加入旋片后火焰贫燃极限大幅度降低16%～33%,火焰高度也从9.0 cm减少到3.0 cm,焰区温度约减少20%～30%.研究表明,弱旋湍流火焰具有流速大、可燃当最比低和温度低的特点,使其相对无旋火焰可以合成粒径较小、烧结程度较低的TiO2纳米颗粒.     

滞止火焰场中TiO2颗粒的烧结特征研究

由于对颗粒粒径分布和晶型的显著影响,纳米TiO2颗粒的烧结特征在滞止火焰合成工艺中至关重要.本文通过插入式热泳采样和对合成时间的调控,对颗粒在火焰中和滞止板上的烧结特征进行了研究,进而利用颗粒群平衡模型结合表面积线性衰减理论,对火焰中颗粒的团聚和滞止板上沉积颗粒的粒径分布进行了理论分析预测,其结果与实验结果相吻合.     

铜基廉价催化剂的火焰合成及甲烷催化特性研究

本文基于预混滞止弱旋火焰系统,以溶于水或乙醇的廉价硝酸盐为前驱物,采用"一步"的雾化火焰方法来合成铜基催化剂纳米颗粒。采用TEM、XRD等分析了合成颗粒的形貌及物相态,进而考察了该催化剂在甲烷催化氧化反应中的催化活性。根据TEM结果,发现乙醇做溶剂时所合成的氧化铜颗粒具有颗粒直径小且结晶度较好的特点。实验结果表明,10 nm氧化铜颗粒体现出良好的甲烷催化性能,但掺杂氧化铝后,铜基催化剂对甲烷的催化性能有所下降,其原因可归结为氧化铝对氧化铜的覆盖作用导致其有效比表面积降低。     

火焰喷雾合成钛基纳米颗粒的相选择LIBS诊断

本文利用火焰喷雾合成系统合成钛基纳米颗粒,利用相选择LIBS在线激光诊断系统诊断颗粒相信号以及掺杂钛基纳米颗粒的形貌。研究结果表明火焰喷雾合成的纳米颗粒的信号存在明显的背景辐射,证明火焰场中颗粒形成的起点不同,群平衡模拟结果与电镜测量结果相互验证,能够比较好地吻合,此外通过掺杂后组分沿程信号的变化能够诊断颗粒动态形貌的变化。     

基于LES的分层旋流火焰流场结构与火焰响应研究

本文基于OpenFOAM开展了分层旋流预混火焰的大涡模拟研究。针对独立分层旋流燃烧器(BASIS),采用了不可压缩求解器ReactingFoam,部分搅拌反应器(PaSR)燃烧模型和线性分布的温度边界条件,分别开展了非外激和外激下的大涡模拟。结果表明,非外激下得到的火焰平均结构与实验吻合较好,通过三维流线展示了清晰的旋涡结构;外激条件下,首次获得了该类火焰的火焰传递函数,发现其相位呈线性分布;增益在150 Hz达到极小值,在250 Hz达到极大值,随后在400 Hz后迅速降低,呈现低通滤波器的特征。     

电场对稀燃预混钝体旋流火焰结构的影响

本文研究了开放空间内的直流电场对甲烷稀燃预混钝体旋流火焰结构的影响.施加电场后,火焰面向上游移动,火焰面之间的夹角增大.电场能够提高钝体旋流火焰中上部分的火焰面褶皱率,从而提高湍流火焰速度,但是对根部火焰面结构没有影响.电场对最大火焰面密度没有明显作用,而是通过提高火焰刷厚度提高湍流火焰速度.预混气当量比和燃烧器出口平...     

燃气轮机合成气双旋流非预混燃烧室的设计及实验测试

本文针对上海交通大学25 kW燃气轮机性能试验台的合成气燃烧室开展了设计研究,完成了燃烧室样机的加工与实验测试。研究过程中,首先对合成气燃烧室开展了结构设计;采用双旋流结构的燃烧器进行合成气燃烧火焰组织;采用了燃烧室头部贫燃方式(低当量比)设计以保证燃烧室低排放特性;利用双层壁冷却方式进行火焰筒壁面冷却。在燃烧室结构设计的基础上,利用数值方法系统分析了合成气双旋流非预混燃烧室工作特性,完成了合成气非预混母型燃烧室的设计优化。根据优化方案,完成了燃烧室样机的加工、安装,并进行了实验性能测试。实验结果表明实验工况该燃烧室燃烧稳定,NO_x排放小于25 mg/m~3@15%O_2。     

火焰合成中前驱物-颗粒演化过程的时间尺度研究

本文使用火焰合成方法在平焰燃烧器上合成了平均粒径为(23.1士1.9)nm的氧化锆纳米颗粒材料。针对火焰合成中从前驱物到纳米颗粒的演化过程,本文提出了基于时间尺度分析的简化研究方法;对合成过程中多尺度的物理化学过程进行解耦,并计算了不同温度下前驱物的分解反应与颗粒碰撞聚并过程的特征时间。从计算中可以发现,氧化锆的前驱物分解反应在10~(-5)~10~(-5)s内最先发生,从而确定了颗粒生长过程的起点位置。随着粒径的增长,颗粒碰撞聚并过程则需要10~(-4)~10~(-1)s的时间进行,该步骤控制着前驱物颗粒演化过程的整体速率,并决定了最终产物的基本形貌特征(球形/团聚),与实验观测相符。     

氨气预混旋流燃烧火焰稳定性及燃烧极限研究

采用叶轮型旋流燃烧器,研究了旋流数、叶片数以及流量等因素对氨气预混旋流燃烧火焰稳定性和燃烧极限的影响.实验结果表明,在一定当量比下,氨气预混旋流燃烧火焰会失稳发生回火或振荡抬举;随着旋流数的增大或叶片数的增加,火焰更易失稳发生回火;石英玻璃高度越高,内部流场结构越完整,火焰高度越高。氨气预混旋流火焰贫燃极限在φ=0.64～0.76之间,富燃极限在φ=1.47～1.74之间。随着总流量的增大,贫燃极限逐渐增大,富燃极限波动较大,总体燃烧极限范围变大;随着旋流数的增大、叶片数的增加或石英玻璃高度的升高,燃烧极限范围变窄。     

对冲滞止面纳米颗粒输运的在线诊断与计算

颗粒在边界层内的输运特性对理解和调控颗粒沉积、煤粉燃烧等工业过程有重要的意义。本工作基于近年来发展的相选择性激光诱导击穿光谱(PS-LIBS)方法,对对冲火焰滞止面附近纳米颗粒的输运特性进行了高空间分辨率的解析;并利用颗粒系统群平衡的DSM方法和输运方程对颗粒的对流、扩散和热泳过程进行了数值研究,实验和计算结果吻合良好,表明现有的理论框架可定量预测金属氧化物纳米颗粒在边界层内的输运现象。     

堵塞和煤粉浓缩器对旋流两相流动影响的研究

旋流煤粉燃烧器加进口堵塞和煤粉浓缩器可以影响湍流,燃烧温度以及煤粉浓度的分布,从而影响NO的生成与排放。本文用三维相位多普勒颗粒测速仪(PDPA)测量和双流体模型数值模拟研究了堵塞和煤粉浓缩器对旋流煤粉燃烧器内两相流动的影响。实验结果和数值模拟结果基本符合。实验和模拟结果都表明,无论是进口堵塞还是煤粉浓缩器都会增加旋流燃烧器的进口湍流度,同时增加进口轴线附近的颗粒浓度,后者将有利于降低NO排放。     

NH3/H2预混旋流火焰稳定性及燃烧极限实验研究

采用叶轮型旋流燃烧器,选取氢气作为燃料添加剂,研究了掺氢比对氨气旋流火焰稳定性的影响,分析了不同旋流数、叶片数、当量比以及预混气总流量条件下,旋流火焰形态变化.测定并分析了不同参数对旋流火焰燃烧极限范围的影响,结果表明,随掺氢比的增大,火焰逐渐由"V"型转化为稳定的"M"型,燃烧反应愈发充分;高旋流数(1.27)或低叶...     

双旋流器不同旋向对燃油火焰特征影响的可视化研究

利用OH平面激光诱导荧光技术,测量了不同旋向(同向和反向)的双旋流燃油燃烧器扩散火焰特征,考察了不同当量比下火焰内部的OH浓度分布。实验结果表明,当量比大于0.47时,同向双旋流器的火焰向外偏转,反向双旋流器的火焰向内偏转;当量比小于0.38时,同向与反向双旋流器的火焰均向外偏转;当量比大于0.38时,不同旋向的双旋流燃烧器火焰结构差别较大,当量比小于0.38时,不同旋向的双旋流燃烧器火焰结构相似;随着当量比减小,不同旋向双旋流器的火焰起始张角没有明显变化,但是燃烧区域面积减小,且反向双旋流器燃烧区域面积减小的梯度更大。     

掺杂Mn2+的浓度对CdS纳米颗粒光致发光的影响

采用反胶束法,合成了硅土包裹的掺有不同浓度的Mn2 的CdS纳米颗粒.高分辨电镜表明这些颗粒的直径小于5 nm.仅仅改变Mn2 的掺杂浓度,研究了这些颗粒的光致发光谱和光致发光激发谱,结果表明:Mn2 浓度的大小对掺杂CdS纳米颗粒的发光产生了重要的影响.通过电子顺磁共振谱的测量和分析揭露了Mn2 浓度影响这些掺杂颗粒发光效率的原因.     

纳米金属-聚苯乙烯复合材料制备

在2002年度的基础上，通过对纳米金属的表面改性，完成了纳米金属与聚苯乙烯的掺杂纳米金属在PS中的分散规律中研究，从实验过程中找出最佳掺杂配方和工艺，最后采用乳液法制备出纳米复合材料的空心微球。确定了最佳的纳米金属-聚苯乙烯复合材料的合成制备工艺。     

预混滞止乙烯火焰碳质颗粒质量变化规律研究

本文采用滞止火焰微孔探针取样,结合差分电迁移率筛分仪和离心式质量筛分仪,研究了不同滞止板取样高度和当量比对预混乙烯火焰碳质颗粒的质量和有效密度的影响。结果表明质量随电迁移率直接成指数变化,滞止板取样高度对质量电迁移率指数ε影响不大,当量比对碳质颗粒有效密度的影响比较显著。     

温度对CdS纳米颗粒形状和光致发光特性的影响

采用反胶束法,在常温和低温下(接近零度)合成了硅土包裹的CdS纳米颗粒.高分辨电镜表明常温下合成的颗粒呈现直径小于5 nm的球形,而在低温下出现了短棒形和长达微米量级的线形.通过对实验过程的分析表明:不仅合成CdS纳米颗粒溶液的浓度,而且温度对CdS纳米颗粒的形状产生了重要的影响.进一步研究了CdS纳米颗粒的光致发光特性.     

采用铁基催化剂在V型热解火焰中合成碳纳米管的实验研究

催化剂的选取对于V型热解火焰合成碳纳米管具有重要的影响.实验中分别采用五羰基铁、二茂铁、纳米铁粉等作为催化剂,取样时间为10 min,温度约为1150 K,催化剂的引入方式为喷雾热解方法,利用扫描电镜和透射电镜对合成的碳纳米管进行形态和结构表征分析.实验结果表明:利用V型热解火焰合成碳纳米管时的关键物质是纳米氧化铁颗粒...