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。     

高碳烃宽温度范围燃烧机理构建及动力学模拟

发动机中燃料点火特性以及燃烧能量的释放对于发动机设计具有非常重要的作用,为了提高燃料的燃烧效率以及减少燃料在燃烧过程中污染物的排放,基于反应动力学机理对燃料燃烧过程的模拟就显得十分必要。因此需要更加深入的认识碳氢燃料的燃烧机理,探索其在燃烧过程中十分复杂的化学反应网络。为了发展能够适用于实际燃料多工况条件(宽温度范围、宽压力范围和不同当量比)燃烧的燃烧机理,基于碳氢燃料机理自动生成程序ReaxGen构建了正癸烷燃烧详细机理(包含1499个物种,5713步反应)和正十一烷燃烧详细机理(包含1843个物种,6993步反应)。详细机理主要由小分子核心机理和高碳烃类(C5以上)机理两部分组成。为了验证机理的合理性与可靠性,本文对于高碳烃燃烧新机理在点火延时时间以及物种浓度曲线进行了动力学分析,并与实验数据及国内外同类机理进行了对比,结果表明本文提出的正癸烷和正十一烷燃烧新机理在比较宽泛的温度、压力和当量比条件下都具有较高的模拟精度,为发展精确航空煤油燃烧模型提供了基础数据。同时考虑到详细机理的复杂性以及机理分析的计算量大和时耗长,本文基于误差传播的直接关系图形(Directed Relation Graph with Error Propagation,DRGEP)方法简化得到的包含709组分2793反应的正癸烷和包含820组分3115反应的正十一烷简化机理,使用DRGEP方法时所采用的数据点选自压力范围从1.0×10~5 Pa到1.0×10~6Pa,当量比范围从0.5到2.0,初始温度范围从600到1400时恒压点火的模拟结果在点火延迟时间附近区域的抽样,同时在正癸烷机理简化中选取正癸烷、O_2和N_2作为初始预选组分,正十一烷的机理简化中主要选取正十一烷、O_2和N_2作为初始预选组分,得到的简化机理在比较宽泛的条件下的预测结果与详细机理吻合很好。最后结合敏感度分析方法分析了正癸烷和正十一烷的点火延迟敏感性,考察了机理中影响点火的关键反应。结果表明:这些机理能够合理描述正癸烷和正十一烷的自点火特性,在工程计算流体力学仿真设计中有很好的应用前景。     

燃烧反应动力学研究进展

化学反应动力学是燃烧过程分析的重要工具。燃烧微观反应过程、复杂反应机理、燃烧实验测量和湍流燃烧数值模拟等方面的研究工作已经取得了长足进步。本文主要介绍燃烧反应动力学研究方法,包括电子结构方法、燃烧反应热力学和速率常数的计算方法、燃烧详细机理构建和简化、反应力场分子模拟以及燃烧中间体测量、燃料点火延迟和光谱诊断等方面的研究现状。燃烧反应动力学具有很强的应用背景,燃烧过程化学物种的反应速率计算是湍流燃烧数值模拟的一个中心任务。由于燃烧反应网络的高度复杂性,我们对燃烧机理的认识还远不清楚。化学反应和湍流相互作用研究的深入、燃烧反应动力学和计算流体力学的协同发展,将对新燃料设计、燃烧数值模拟、发动机内流道流场结构的准确描述产生深远影响。     

C1-C4在Pt 催化剂上的多相反应机理

提出并构建了H2和C1-C4碳氢燃料在Pt表面上的详细催化反应机理, 对所构建的机理分别用CH4、C2H6、C3H8以及C4H10等碳氢燃料进行了数值模拟; 并用文献中给定的部分碳氢燃料(如CH4、C2H6 加H2与不加H2, C3H8加H2与不加H2, 以及C4H10加H2)的催化着火与燃烧的实验结果与数值模拟结果进行了对比, 对比结果表明H2会对C3H8以及C4H10的催化起燃以及C2H6的催化燃烧起促进作用, 但所起作用的动力学过程并不是相同的. 此机理能够有效地反映上述燃料的主要催化着火以及催化燃烧特征, 并可以对着火与燃烧整个过程进行动力学分析, 用其来描述C1-C4碳氢燃料的催化着火与燃烧具有一定的合理性.     

碳氢燃料热裂解机理及化学动力学模拟

发动机设计中,燃烧室的热管理问题日益突出.其根源必然涉及到碳氢燃料的化学机理模型.讨论了大分子烃类燃料热裂解反应的反应类型,分析了各反应类型的详细动力学以及对热裂解反应的灵敏度、重要性.根据热裂解反应类型有限和基于物质的一维表示,开发了大分子烃类反应机理的自动生成程序ReaxGen.建立了相应的热、动力学数据库,探讨了如何建立碳氢燃料的详细热裂解化学动力学模型.最后我们建立了正庚烷热裂解反应的详细机理,并用该机理模型模拟预测了产物分布和转化率,理论上计算了热沉值.所得结果与文献结果进行对比讨论.     

提高烃类燃料热沉的研究进展

吸热型烃类燃料是一种热安定性好、可以利用其化学热沉的燃料,其热沉能够满足高超音速飞行的需要。本文论述了燃料热安定性、催化脱氢、催化裂解、引发裂解、超临界裂解等对吸热型烃类燃料热沉的影响,重点论述了引发裂解在吸热型烃类燃料中的裂解优势,提出引发裂解在高超音速飞行器上具有诱人的应用前景。     

提高烃类燃料热沉的研究进展

吸热型烃类燃料是一种热安定性好、可以利用其化学热沉的燃料,其热沉能够满足高超音速飞行的需要。本文论述了燃料热安定性、催化脱氢、催化裂解、引发裂解、超临界裂解等对吸热型烃类燃料热沉的影响,重点论述了引发裂解在吸热型烃类燃料中的裂解优势,提出引发裂解在高超音速飞行器上具有诱人的应用前景。     

提高烃类燃料热沉的研究进展

吸热型烃类燃料是一种热安定性好、可以利用其化学热沉的燃料,其热沉能够满足高超音速飞行的需要.本文论述了燃料热安定性、催化脱氢、催化裂解、引发裂解、超临界裂解等对吸热型烃类燃料热沉的影响,重点论述了引发裂解在吸热型烃类燃料中的裂解优势,提出引发裂解在高超音速飞行器上具有诱人的应用前景.     

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.     

适用于HCCI燃烧的汽油替代燃料化学动力学简化模型

建立了一个适用于由正庚烷、异辛烷、甲苯和二异丁烯组成的汽油替代燃料均质压燃着火(HCCI)燃烧过程的简化机理模型, 包含103 种组分199 个反应. 二异丁烯主要通过燃料的脱氧反应消耗掉, 生成三种同分异构体, JC₈H₁₅-A、JC₈H₁₅-B和JC₈H₁₅-D; 燃料的分解反应也是二异丁烯的另外一条主要消耗路径, 生成两种重要的C₄产物, TC₄H₉和IC₄H₇. 这些产物是CH₂O的主要来源. 甲苯掺比燃料(TRF)机理主要是基于Andrae 等建立的TRF半详细机理, 甲苯和二异丁烯子机理是通过路径分析和敏感性分析得到. 简化机理能够很好地模拟激波管里的着火延迟和HCCI发动机实验, 由此可知, 本文提出的简化机理用来模拟HCCI燃烧是可靠的.     

Calculated infrared intensities for the bending mode in some small linear molecules

Density functional theory was used to compute electric dipole moment derivatives along bending coordinates for the linear molecules HCN, DCN, FCN, ClCN, CO₂, OCS, CS₂, N₂O, C₂H₂, C₂D₂ and C₂N₂. The infrared intensities obtained in this way are in better agreement with experimental values than provided by earlier calculations.     

HCCI燃烧中NO与异辛烷相互作用简化动力学模型构建与分析

为了分析废气再循环中NO对HCCI燃烧的影响,本文构建了一个新的NO与异辛烷相互作用的化学动力学机理,包括167种组分和835个反应,其中异辛烷分支反应包括112种组分和467个反应。NO分支的子机理是在Anderlohr等人对NO与异辛烷详细机理研究的基础上根据路径分析而得到的。新IC₈H₁₈-NO机理的验证分为:IC₈H₁₈分支机理验证了在激波管中温度范围为855-1269 K,压力范围为2-6 MPa,化学计量比为0.5和1.0条件下的着火延迟时间; IC₈H₁₈-NO机理验证了在HCCI发动机中NO添加浓度为0-500 × 10^-6(体积分数),同时也发现不同的NO添加浓度对IC₈H₁₈的HCCI燃烧的影响有所不同。因此,本文利用CHEMKINPRO软件中的零维单区化学动力学模型,模拟了在不同NO浓度下NO对异辛烷燃烧影响。通过敏感性分析和产率分析,得出了NO添加后对异辛烷燃烧影响的关键性反应为R476。在IC₈H₁₈燃烧初期通过R476产生活性基OH,从而体现对燃烧的促进作用。但是在NO添加浓度较大时,由于NO浓度较大结合活性基(如OH)的能力增强,进而NO对燃烧的促进作用被削弱。     

A theoretical study on decomposition of carbon tetrachloride, trichloroethylene and ethyl chloride in dry air under the influence of an electron beam

New experimental data were published in literature regarding CCl₄, C₂HCl₃ and C₂H₅Cl decomposition in dry air under electron beam influence. Taking into account experimental data theoretical models of those species decomposition were established and computer simulations were performed by the authors of this work to find the kinetics of such processes. The results of the calculations and experimental data show that CCl₄ decomposition depends on delivered dose and initial CCl₄ concentrations. The calculation revealed that recombination of CCl⁺₄ and Cl⁻ is the source of CCl₃ radicals and that reaction may have an important role in the process of CCl₄ decomposition. A theoretical model of C₂HCl₃ decomposition in dry air under electron beam influence describes the decay of C₂HCl₃ and the formation of several products such as Cl₂, CCl₂O, CO, CO₂, HCl and C₂HCl₃O. The detailed comparison of experimental and theoretical data shows relatively good agreement in efficiency of C₂HCl₃ decomposition process, but it can be achieved only with an assumption that the relation between rate constants of C₂HCl₄O intermediate product decomposition (C₂HCl₃O+Cl and COCl₂+CHCl₂) should be around 20 and C₂HCl₃O oxidation rate should be not lower than 7.5×10⁻¹¹ cm³/mols. All those rate constants are not yet established experimentally. The results of the calculation of C₂H₅Cl decomposition and the data obtained experimentally were compared. The temperature, gas pressure, initial C₂H₅Cl concentration and dose range were equal in both cases. An elaborated model allow us to obtain quantitatively similar results as the experiments, but the degree of C₂H₅Cl decomposition for certain dose levels is significantly higher in experimental data. It is quite probable that some important processes have not been included to the theoretical model.     

Study by in situ FTIR of the SCR of NO by propene on Cu ion-exchanged Ti-PILC

Adsorption on Cu ion-exchanged titanium pillared clay (Cu-Ti-PILC) was investigated by in situ infrared spectroscopy to provide insight into the reaction intermediates present in the selective catalytic reduction (SCR) of NO by propene in the presence of oxygen. The NO/O₂ adsorption produced different nitrate species due to the presence of terminal and bridged Cu²⁺–OH groups. These nitrates evolved into N₂ and N₂O in small amounts once the NO catalytic cycle was finished. It can be concluded that the Cu²⁺–OH groups reacted with the nitro group, thus forming nitrates. C₃H₆ adsorption was higher and stronger than NO adsorption on the active sites of the catalyst. C₃H₆ reacted in the active site producing hydrocarbon intermediates (an organic nitro compound and acetate), which were responsible for the NO reduction.     

基于激波管装置的乙烯氧化实验研究与动力学机理分析

在乙烯/氧气化学计量比为1,温度1092-1743 K,压力1.3-3.0 atm (1 atm = 101325 Pa)范围内,利用激波管测量了在摩尔分数为96%和75%两种不同氩气稀释度工况下的乙烯/氧气/氩气反应体系的着火延迟时间。实验结果表明,乙烯着火延迟时间在低稀释度下比高稀释度下短,着火延迟时间的对数与温度的倒数成良好线性关系,随着温度增加着火延迟时间缩短。此外,低稀释度下,能观察到爆轰(或者爆燃转爆轰)现象,而在高稀释度下,未发生爆轰现象。将四种不同机理模拟结果与实验结果比较,发现LLNL机理与实验结果吻合得较好。反应路径分析研究表明,稀释度对乙烯氧化反应路径无影响,而温度影响较大,温度增加,乙烯消耗路径由四条减少为三条,反应C₂H₄ + H (+ M) = C₂H₅ (+ M)由正向消耗乙烯变为逆向生成乙烯。     

An FTIR study of mechanisms for the HO radical initiated oxidation of C2H4 in the presence of NO: detection of glycolaldehyde

Using the long-path FTIR method, glycolaldehyde, CH₂(OH)CHO, was detected among the products in photolysis of mixtures containing C₂H₄, NO and RONO (R = alkyl group) at ppm concentrations in air. The results suggest the occurrence of both unimolecular dissociation and O₂ reaction of an oxy-radical, CH₂(OH)CH₂O, formed in the HO-initiated oxidation of C₂H₄ in the presence of NO.     

PSRK: A Group Contribution Equation of State Based on UNIFAC

A group contribution equation of state called PSRK (Predictive Soave-Redlich-Kwong) which is based on the Soave-Redlich-Kwong equation (Soave, 1972) has been developed. It uses the UNIFAC method to calculate the mixture parameter a and includes all already existing UNIFAC parameters. This concept makes use of recent developments by Michelsen (1990b) and has the main advantage, that vapor-uquid-equilibria (VLB) can be predicted for a large number of systems without introducing new model parameters that must be fitted to experimental VLB-data. The PSRK equation of state can be used for VLB-predictions over a much larger temperature and pressure range than the UNIFAC γ--approach and is easily extended to mixtures containing supercritical compounds. Additional PSRK parameters, which allow the calculation of gas/gas and gas/alkane phase equilibria, are given in this paper. In addition to those mixtures covered by UNIFAC, phase equilibrium calculations may also include gases like CH₄ C₂H₆, C₃H₆, c₄H₁₀, CO₂, N₂, H₂ and CO.     

基于反应力场分子模拟的乙烯燃烧自由基与氮气相互作用研究

采用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法, 模拟了富燃料条件下乙烯在空气中的燃烧以及燃烧产生的自由基与氮气的相互作用. 采用ReacNetGenerator程序提取反应网络, 结合自编后处理程序确定反应网络上的相关反应, 分析了乙烯燃烧的反应路径, 以及自由基与N₂的相关反应和NO的生成路径. 结果表明, 乙烯燃烧路径与已报道的通过乙烯燃烧反应机理模拟得到的燃烧路径一致, 说明用ReaxFF-MD方法模拟乙烯高温燃烧有效而可靠; 乙烯在富燃料条件下燃烧产生的CH, C₂H, C₂, C₂O自由基是瞬发型NO生成的重要反应物. 这些自由基与N₂的反应和NO的生成路径, 为构建乙烯和大分子碳氢燃料燃烧氮氧化物排放的反应机理提供了重要参考.