正高电压对CH_4/O_2/N_2稀燃火焰传播和燃烧特性的影响北大核心CSCD

在定容燃烧弹上,通过实验研究了正高电压对过量空气系数λ不同的CH_4/O_2/N_2预混稀燃火焰的传播和燃烧特性的影响。结果表明:正高压电场可以显著促进稀燃火焰在电场方向上的传播,且促进效应随着电压幅度的增大而增强。当电压幅度为12kV时,对于λ为1.6和1.8的CH_4/O_2/N_2预混气体,其平均火焰传播速率为1.38和1.07m/s,与未加电场时相比,分别增大了133.41%和369.97%;压力峰值分别比未加电场时增大了13.07%和100.81%,压力峰值到达时刻分别提前了35.94%和18.09%。由此可知,正高电压可明显改善CH_4/O_2/N_2稀燃火焰的传播和燃烧特性。     

CH_4/H_2/CO_2/O_2平面火焰细胞状不稳定性研究

本文采用OH-PLIF探测系统对在McKenna平面火焰炉上产生CH_4/H_2/CO_2/O_2细胞状火焰进行了定量测量和分析。研究发现,平面火焰在稀燃极限附近会出现胞状结构,细胞数量随当量比/掺氢比的增加而增加,主要是由火焰自身不稳定性导致。同时我们通过OH-PLIF图片定量提取并定义了相关参数以表征平面火焰的不稳定程度,并发现随着火焰悬浮距离的减少火焰趋向于稳定,火焰对炉面的热损失有抑制不稳性发生的作用。通过线性理论分析,我们发现RS模型能够很好预测火焰稳定性随当量比变化趋势,但无法预测随掺氢比的变化趋势。在掺氢状态下,火焰面离炉面更近,炉面对火焰不稳定性的抑制作用不可忽视,故理论模型对掺氢影响的预测失效。     

CH_4在Cu/γ-Al_2O_3颗粒上催化燃烧分区及反应特性

采用固定床微分反应器,实验研究了甲烷在不同氧烷分压比(P_(O_2)/P_(CH_4))下Cu/γ-Al_2O_3催化剂上的反应速率及燃烧特性,确定了反应动力学分区,并探讨了甲烷催化燃烧反应的表面机理及动力学特性。结果表明,当P_(O_2)/P_(CH_4)2时,微分反应器中的反应速率与CH_4分压成正比而与O_2分压无关,催化剂表面呈饱和氧吸附状态;0.1P_(O_2)/P_(CH_4)2时,反应速率受CH_4和O_2分压的共同影响,吸附氧未完全覆盖活性位表面;当0P_(O_2)/P_(CH_4)0.1时,反应速率仅与O_2分压呈正比关系,与CH_4无关,金属表面裸露,表面吸附氧被快速吹离。动力学研究表明,3个反应动力学区间所对应的催化剂表面吸附氧覆盖率有明显不同,3个区间依次为(O~*)、(O~*+*)和(*),所对应的表观活化能依次下降146.3kJ/mol、99.8 kJ/mol、60.8 kJ/mol。     

H_2/N_2/O_2射流扩散火焰的直接数值模拟

直接数值模拟(DNS),大涡模拟(LES)与雷诺时均模拟(RANS)是数值模拟燃烧流动的三大主要方法,而射流扩散火焰在燃烧理论,实验研究与数值模拟中都扮演着十分重要的角色,本文采用完全可压缩的Naive-Stokes方程,对喷口直径为D=1 mm,Re=2000的射流扩散火焰进行了直接数值模拟.本文首先分析了冷态时H_2,O_2的混合,发现燃料与氧气在流向长度大于6D后的区域混合得十分充分.随后本文分析了燃烧后的统计特性,主要包括速度场,密度,温度以及主要组分与混合分数的分布,并将DNS结果与实验结果进行对比分析.     

不同预热温度下H_2/CO/O_2/CO_2的层流火焰传播特性

本文利用双腔泄压式球形火焰实验台研究了不同预热温度下H_2/CO/O_2/CO_2燃烧层流火焰特性,得到了不同预热温度(298~450 K)和CO_2稀释率(50%~70%)下层流火焰传播速度和马克斯坦(Markstein)长度。结果表明Markstein长度随着CO_2稀释率的增大而减小,随预热温度增大而增大。CO_2稀释火焰中热力效应占更大比例。CO_2化学效应随CO_2稀释率的增大而增大,在低CO_2稀释率下随预热温度增大而减小,在高CO_2稀释率下随预热温度增大而增大。     

微细腔内变组分CH_4/O_2/H_2O自热重整积碳特性

针对微动力装置中重整腔内催化剂表面容易积碳,重整反应需要大量能量等问题,在重整腔入口引入氧气,使甲烷发生部分氧化反应为催化重整提供热量。本文采用数值方法研究了微细腔中CH_4/O_2/H_2O镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析CH_4/O_2/H_2O混合物组分对甲烷自热重整反应及积碳的影响。结果表明:在混合物组分CH_4/O_2/H_2O摩尔比为1:0.2:2时,甲烷自热反应放热量刚好能满足甲烷重整反应的需求,氢气质量分数较高为3.32%,积碳浓度较低为1.19×10~(-6) kmol/m~2。     

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...     

空间方位对木材燃烧火焰传播的影响

一、引言 在森林火灾和城市建筑火灾中,木材作为一种主要可燃物,对于火灾的发生及发展具有重要的影响。其燃烧的特性,尤其是其燃烧的火焰及火焰传播的规律,往往决定了火灾发展的方向,并左右着局部火场的燃烧状况。因此,弄清木材燃烧的火焰传播的规律,已成为揭示森林火灾及城市建筑火灾发展规律的关键。     

微细腔内CO_2对CH_4/H_2O重整反应特性影响

基于镍基催化剂下表面反应机理,采用数值模拟方法,深入研究了在一定水碳比下,CO_2含量的变化以及在固定的CH_4/H_2O/CO_2比例下催化壁面温度,质量流量对微细腔内甲烷重整反应的影响。结果表明提高CO_2/CH_4的比例能够明显提高CO_2、CH_4转化率,提高CO的含量。CH_4/CO_2基元反应的产物在低温条件下CO和H_2O,水蒸气转化率和H_2产量降低,CO_2含量增加降低水蒸气的消耗;在高温条件下,由于产生CO和H_2,使氢气含量增加但水蒸气转化率降低.     

金属丝网对甲烷/空气爆燃火焰传播特性的影响

在自主设计的方形管道中开展了金属丝网对甲烷/空气预混气体爆燃火焰传播特性影响的实验,通过改变金属丝网的目数和层数,探讨其对爆燃火焰超压和温度的影响。结果表明:金属丝网能有效抑制爆燃火焰的超压与温度,安装金属丝网后,管道内测得的超压峰值与温度峰值相较于无金属丝网均出现降低,温度峰值衰减率最高达到52.37%,超压峰值衰减率最高达到66.84%;金属丝网的目数和层数是影响金属丝网对超压抑制效果的重要因素,层数与目数较小时,达到超压峰值的时间相较于无金属丝网时提前,层数与目数适中时,超压曲线出现二次峰值现象,层数与目数较大时,超压能得到有效抑制;随着目数与层数的增加,火焰热量向前扩散速度变慢,温度曲线起始时间相较于无金属丝网时延后。     

CH_4/CO_2反应对微细腔内CH_4/H_2O镍基催化重整反应的影响

本文针对微细腔内在Ni/α-Al_2O_3催化作用下,存在CH_4/CO_2反应时,数值研究了在不同的水碳比,不同的进口甲烷质量组分Rm,不同的进口流量与微细腔壁温下甲烷/水蒸气催化重整反应特性.结果发现,微细腔中存在CH_4/CO_2反应时,CH_4/H_2O催化重整反应中CO_2和CO的产生变化情况比其它反应机理下有较大的变化.随着水碳比增大,H_2和CO_2质量分数有所增大,而CO质量分数先增加后又明显地降低,并出现CO_2质量分数从小于CO质量分数变化到大于CO质量分数;增大Rm,能使反应更充分的发生,反应物的转化率,生成物的质量分数都有提高,并随着Rm的增加,生成产物中CO_2质量分数大于CO的质量分数时对应的水碳比临界值减小,在Rm为O.05、0.1、0.15时,对应的水碳比临界值分别为2.0、1.8和1.6;而混合物进口质量流量增加,反应物的转化率、生成物的产物含量都有不同程度的降低;但壁面温度的增加,反应速率有较大提高,能较明显提高反应物转化率.     

O_2/CO_2气氛下CH_4再燃还原NO的实验研究

在自行设计的实验装置上研究了CH4再燃还原NO的特性。研究结果表明,最佳再燃温度约为1000℃,再燃区最佳停留时间在0.4～0.6 s之间,随着平衡比的增大脱硝率最高可达90%以上,烟气中NO浓度越大再燃脱硝率越高,而SO_2存在对NO的还原有不利影响。总体表明,相同条件下O_2/CO_2气氛比常规空气气氛更有利于再燃脱硝。     

煤粉在O_2/N_2和O_2/H_2O气氛下着火的实验研究

本文阐述了煤粉颗粒在O_2/N_2和O_2/H_2O气氛下着火的实验研究,氧气浓度为21%,30%,35%,40%和50%。实验在滴管炉中进行,采用高速摄像仪来记录煤粉颗粒在炉内的燃烧情况。实验中采用了烟煤(SF)和贫煤(XW)两种煤粉颗粒,粒径为97~105μm。实验结果表明在相同的氧气浓度下,煤粉颗粒在水蒸气气氛下的着火点位置比在氮气气氛下提前,可能的原因是高水蒸气浓度下水蒸气气化反应和水气转换反应的存在。煤阶对着不同气氛下火点位置间隔有较大的影响。     

CH_4/N_2混合气体在CMS上的低温吸附分离实验研究

将煤层气液化后运往终端市场是一种十分有效的利用方式。与常规天然气不同,抽放煤层气含氮量高,采用有效的方式实现CH4/N2分离是煤层气液化流程中重要的环节。吸附分离是提高煤层气中甲烷浓度的可行方法。为了与低温液化过程紧密结合,探讨在低温下实现CH4/N2吸附分离的可行性,文中对CH4/N2在碳分子筛(CMS)上的低温分离特性进行了实验研究,并与常温下的实验结果进行了对比。实验结果表明,低温下CH4/N2吸附分离的特性与常温下有明显差别。     

O_2/CO_2气氛下污泥与煤混燃特性研究

利用热重分析研究了O_2/CO_2气氛下污泥与煤混燃特性,基于热重(TG)和微商热重(DTG)分析曲线,分析了泥煤比、升温速率和气氛对污泥与煤混燃特性的影响。结果表明;在21%O_2/79%CO_2气氛下,污泥与煤混合物的着火温度随泥煤比的上升而显著降低,最大失重速率随着升温速率的提高而提高。随着氧浓度由21%提高到50%,燃尽温度从708.3℃降低至599.8℃,污泥与煤混合物的燃尽时间也明显缩短。21%O_2/79%N_2气氛下污泥与煤混合物的燃烧特性介于21%O_2/79%CO_2和30%O_2/70%CO_2气氛之间.     

稀释剂对H2/CH4预混火焰熄灭特性影响

掺氢天然气在稀释气体作用下的熄灭特性研究对实际燃烧设备的设计和优化具有重要的指导意义。本文利用对冲火焰法测量了掺氢天然气层流火焰在N₂和CO₂作用下的熄灭拉伸率,并采用数值模拟耦合详细化学反应机理对N₂,CO₂和He的稀释剂效应展开研究。结果表明,Li、GRI Mech 3.0和FFCM-1机理均能定性反映燃料熄灭拉伸率随当量比的变化规律,且FFCM-1机理综合预测精度最高。实验和模拟发现,不同稀释剂气体对掺氢天然气熄灭拉伸率降低幅度满足:He22。进一步研究发现,CO₂由于热容大,在反应体系中会降低火焰温度,同时增强了链终止反应强度,通过热效应和化学效应两方面对火焰熄灭特性起作用。He则能显著改变燃料混合物的平均摩尔质量,从而改变体系中重要反应物和自由基的扩散特性,从扩散效应方面影响火焰的熄灭特性。     

O_2/CO_2气氛下不同密度煤粉燃烧特性研究

本文将大同烟煤分为低(1.4 g/cm~3)、中(1.4～2.0 g/cm~3)、高(2.0 g/cm~3)3个密度段,进行不同密度原煤的工业和元素分析,利用热重分析仪研究了O_2/N_2、O_2/CO_2气氛(不同氧气浓度下)各样品的燃烧特性,并开展了反应动力学分析。结果显示在O_2/CO_2气氛下,随煤粉密度增加,煤粉最大失重速率减小,最大放热速率减小,燃尽温度升高;提高氧气浓度可降低燃尽温度。与O_2/N_2气氛相比,在氧气浓度相同的条件下,各样品在O_2/CO_2气氛下的着火温度、燃尽温度、表观活化能均升高。     

O2/CO2条件下煤粉燃烧火焰特性的实验研究

本文利用平面火焰曳带流反应系统,对O2/CO2气氛下的煤粉火焰进行了实验研究.以期通过此实验研究,对后期的实验室规模的实验研究起到指导作用.结果表明:O2/CO2气氛下CO2的存在、氧分压的大小以及煤中的水分含量均对煤粉火焰有较大影响.     

H2/air旋流预混燃烧的流场特性和火焰结构分析

本文采用完全可压缩的N-S方程,对当量比为1.0的H₂/air旋流预混火焰进行了直接数值模拟研究。氢气和空气的化学反应采用9种组分19步的详细机理。模拟结果表明,强旋流流场中存在回流区,碗形旋流火焰稳定在回流区的外围。在火焰面上沿火焰法向提取了局部火焰结构,将局部湍流火焰结构与层流预混火焰的火焰结构进行了比较,发现局部湍流火焰比层流预混火焰更薄,燃烧强度更高。     

N_2和O_2纯转动拉曼光谱(PRRS)的温度特性

计算了N2 和O2 的PRRS ,讨论了其温度特性。提出通过测量N2 和O2 的PRRS计算大气温度的方法。