乙基苯低压预混火焰中间体构成的研究

本文利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术对当量为0.75、1.00和1.79的低压预混乙基苯火焰进行了研究(P=4.0 kPa),得到了详细的中间体构成信息,并通过质谱分析,对不同当量下中间体浓度的变化进行了讨论。实验发现,乙基苯贫燃火焰中产生了大量的含氧中间体,而富燃火焰中产生了更多的碳氢化合物中间体,尤其是多环芳烃。苯、甲苯和苯乙烯在不同当量的火焰中均具有较强的信号,从而验证了文献中的乙基苯的三条主要解离通道。     

同步辐射单光子电离技术研究乙醚富燃火焰

本文利用同步辐射单光子电离和分子束质谱技术研究了乙醚在富燃条件下的低压预混火焰.通过测量光电离质谱和扫描光电离效率谱,我们鉴别了该火焰中大部分的燃烧中间体及产物.此外,通过改变燃烧炉的位置测量光电离质谱,得到了各燃烧中间体及产物的摩尔分数曲线.实验结果为深入研究乙醚燃烧动力学并揭示含氧有机化合物在火焰中的反应机理提供了依据.     

汽油/氧气预混火焰中烯丙基自由基的真空紫外光电离研究

分子束取样结合同步辐射光电离质谱技术研究了低压汽油／氧气／氩气预混火焰中的烯丙基自由基,测得了它的光电离效率曲线,通过光电离效率曲线得到烯丙基的电离阈值为(8.13±0.02)eV。另外,用从头算分子轨道理论得到了烯丙基及其阳离子的构型和能量,给出了烯丙基自由基的绝热电离能为8.18 eV。计算的电离能与实验得到的电离能符合得很好,这一结果有助于今后鉴别和分析其它火焰中的烯丙基自由基,且对研究火焰燃烧机理有十分重要的价值。     

对当量为1的预混乙烯/氧气/氩气火焰的实验研究

利用可调谐同步辐射真空紫外光电离和分子束质谱技术研究了当量为1的低压、预混乙烯/氧气/氩气火焰．利用光电离效率谱和光电离质谱,探测了火焰中燃烧中间物,并鉴别了C3H4、C2H4O和C4H4等中间物的同分异构体．在近电离阈值光予能量下,通过扫描燃烧炉的位置测量了火焰中物质的摩尔分数曲线,并利用Pt/Pt-13％Rh热电偶测得了火焰的温度曲线．与以前的工作相比,观察到很多新的燃烧中间物,如C3H2、C3H3、C3H5、C2H6O、C4H2、C4H4、C4H6、C3H4O、C3H6O、C3H8O、C5H6、C4H8O和C7H8等．同时,在火焰中检测到了包括CH3、C2H3、C2H5、HCO、C3H3以及C3H5在内的一系列自由基．在实验工作的基础上,发展了一个包含40种火焰物质和223个基元反应的简化动力学模型来对火焰进行模拟．对主要物质和大部分中间产物的拟合结果与实验值相当吻合．     

二甲醚/氧气/氩气低压层流预混燃烧研究

利用同步辐射真空紫外单光子电离结合分子束质谱技术,对当量比φ=1.5的低压预混层流二甲醚火焰进行了实验研究。通过测量光电离质谱和光电离效率曲线,探测到了二甲醚/氧气/氩气的燃烧产物和火焰中间物,包括不稳定的分子和自由基。通过测量离子信号的空间分布曲线,计算了二甲醚/氧气/氩气火焰的主要物种C_2H_6O、O_2、Ar、H_2、H_2O、CO和CO_2的摩尔分数曲线,以及主要中间物种如CH_2O、C_2H_2、C_2H_4、CH_3OH、C_2H_2O、C_2H_4O、CH_3、CH_4、HCO、C_3H_3和C_3H_4的摩尔分数曲线,并分析了主要中间物种的产生和消耗过程。     

同步辐射真空紫外光电离质谱研究乙烯扩散火焰

本文利用探针取样法结合同步辐射真空紫外光电离和分子束质谱技术研究了常压下的乙烯扩散火焰.通过测量光电离质谱和光电离效率谱分辨了该火焰中大部分的燃烧中间体及产物;通过改变探针取样位置以及半定量计算得到了其中部分燃烧中间体及产物的摩尔分数曲线.实验结果为探索多环芳烃和烟尘在扩散火焰中形成的最初阶段的反应机理提供了依据.     

湍流和预混火焰相互作用的实验研究

建立了湍流预混火焰实验系统并实现了驻定火焰。无条件示踪条件下的研究结果表明,火焰区的速度分布呈现 双峰分布,初步证实火焰区湍流度峰值的存在是由于火焰脉动导致速度测值分散,最终由统计得到表观湍流度的增大。条 件示踪测量结果表明,在火焰区反应物来流的湍流度与上游的测值并没有明显的变化,进一步证实了这一结论。     

甲醇、乙醇富燃层流预混火焰的模拟及试验研究

为了对两个流行的反应动力学机理和一个本组前期发展的修订机理进行全面比较,采用同步辐射真空紫外光电离质谱技术,对甲醇和乙醇富燃((?)=1.4)低压层流预混火焰进行了试验研究。同时采用这三个机理分别对火焰进行了模拟。结果表明,与前两个机理相比,修订机理的预测精度更高,模拟和试验结果为发展甲醇和乙醇的高温氧化模型提供了参考。     

甲醇对正庚烷层流预混火焰影响的实验研究

利用低压层流预混火焰结合同步辐射真空紫外光电离技术和分子束取样质谱技术,探测到并计算了甲醇摩尔掺混比为0%、11%、28%和50%的甲醇/正庚烷/氧气/氩气火焰中62种燃烧中间产物和最终产物的摩尔分数.结果发现,甲醇的加入对正庚烷的消耗速率和大分子裂解没有影响,其主要作用表现在对C1和C2小分子摩尔分数的影响.甲醇的氧...     

苯低压热解的光电离质谱和动力学模型 (cited: 3)

研究苯在30 Torr和1360～1820 K下的热解过程．利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术对热解产物进行了检测,并对其随温度变化的摩尔分数曲线进行了测量．建立了一个低压苯热解动力学模型,并结合生成速率分析展示了燃料分解和芳烃生长过程中的主要反应网络．结果显示苯的分解主要通过氢提取反应生成苯基进行,部分通过单分子解离反应生成丙炔基或苯基进行,并终止于乙炔、丁二炔及1,3,5-己三炔等具有高热稳定性的聚炔烃类物种的生成．此外,低压苯热解中的芳烃生长过程起始于苯和苯基,并主要受到偶数碳增长机理控制．这是由于奇数碳增长机理所依赖的C5和C7物种在低压苯热解中很难生成．     

利用同步辐射研究汽油及其混合物的火焰成分特征

本文利用同步辐射和分子束取样技术并结合飞行时间质谱仪,分别检测了加入MTBE前后的汽油在氧气中的燃烧产物.通过比较标准汽油与MTBE/汽油在火焰中的成分差异,以及几种典型燃烧产物的空间分布曲线,分析了MTBE对汽油的微观影响机理,为建立燃烧反应动力学模型提供了参考.     

异补骨脂素热解实验和理论研究

利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术,在不同光子能量下,研究了异补骨脂素(C₁₁H₆O₃)的低压热解,探测了不同温度下异补骨脂素的热解产物及其与前驱体的比例. 实验结果表明,异补骨脂素的主要热解产物是CO及其依次消去CO的产物(C₁₀H₆O₂和C₉H₆O). 利用密度泛函理论计算异补骨脂素的解离途径,并利用过渡态理论计算了竞争通道的反应速率常数. 通过实验和理论的结合,确定了异补骨脂素主要解离路径和相应产物的分子结构.     

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。     

近贫燃极限甲烷/空气火焰的层流燃烧速度研究

利用微重力条件下向外传播的球形火焰,对贫燃极限附近甲烷/空气预混火焰的层流燃烧速度进行了测量,得到当量比从0.512(本文微重力实验中测定的可燃极限)到0.601范围内的零拉伸层流燃烧速度,并与前人实验数据和使用3种化学反应动力学模型的计算结果进行了比较.本文实验结果与已有的微重力实验数据非常接近,而其他研究者在常重力...     

乙炔/空气预混火焰法合成多壁碳纳米管的实验研究

本文利用乙炔-空气预混火焰研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)的合成,采用涂覆有二茂铁或硝酸镍催化剂的探针在预混火焰中采样,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对碳纳米材料(CNTs)的形貌和结构进行了表征.结果表明在乙炔-空气预混火焰中,二茂铁和硝酸镍均能够成功合成竹节状多壁碳纳米管,严物中处发现了碳纤维(CNF)、巴基葱(bucky onion)和碳黑等物质.二茂铁催化生成的碳纳米管管径大于硝酸镍催化生成的碳纳米管的管径;在乙炔-空 气散火焰和甲烷-空气扩散火焰中硝酸镍所催化合成的碳纳米管管径相近,说明碳纳米管的管径受催化剂颗粒尺寸的影响较大.研究表明探针在火焰中停留的时间和保护气体也会影响碳纳米管的合成.     

富燃料丙烷/空气预混火焰特性的微重力实验研究

地面常重力(1g)条件下,丙烷/空气预混火焰向上传播的富燃极限为9.2%C_3H_8,而向下传播时的富燃极限仅为6.3%C_3H_8,二者之间存在明显差距。利用微重力条件下的实验,对燃料浓度从6.5%到8.6%(微重力实验中测定的可燃极限)范围内的丙烷/空气预混火焰特性进行了研究。实验发现,重力对近极限丙烷/空气火焰的传播有显著影响,影响程度随着当量比的增加而增大。微重力下丙烷/空气的富燃极限为8.6%C_3H_8(φ=2.24),明显高于1g条件下向下传播火焰的可燃极限,略低于向上传播火焰的可燃极限。随着当量比的增大,根据压力变化曲线计算的火焰层流燃烧速度从8.5cm/s逐渐减小到2.7 cm/s,可燃极限处的层流燃烧速度与前人实验数据一致。     

层流拉伸非预混火焰影响因素的数值研究

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反应机理均对火焰面结构的准确模拟有着重要影响.此外计算了考虑热辐射时,随着当量混合的标量耗散率的改变而变化的每单位火焰面面积放热速率和燃烧场的最高温度,并分析了层流非预混火焰的熄火现象.     

飞秒激光作用下3-甲基吡啶的多光子电离质谱研究

利用800 nm的飞秒激光作为光源对3-甲基吡啶分子进行了多光子电离解离过程和机制的研究,发现3-甲基吡啶为先电离后解离,并分析了可能的解离通道.在B3LYP/6-311G++(d,p)水平下,计算了各个解离通道所需的能量,与我们实验所得的各离子的光强指数符合较好.     

飞秒激光作用下3-甲基吡啶的多光子电离质谱研究

利用800 nm的飞秒激光作为光源对3-甲基吡啶分子进行了多光子电离解离过程和机制的研究,发现3-甲基吡啶为先电离后解离,并分析了可能的解离通道.在B3LYP/6-311G++(d,p)水平下,计算了各个解离通道所需的能量,与我们实验所得的各离子的光强指数符合较好.     

正丁烷和异丁烷低压热解的产物鉴定及质谱分析

利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术研究了正丁烷和异丁烷在流动反应器中的低压热解,实验温度为823～1823 K. 通过扫描光电离效率(PIE)谱探测并鉴定了20多种热解产物,特别是多种自由基和同分异构体. 在质谱分析的基础上讨论了正丁烷和异丁烷热解的不同特性,从而为丁烷同分异构体分解路径的讨论提供了实验依据. 通过讨论可以发现,丁烷的同分异构体结构对它们的主要分解路径具有强烈的影响,从而导致了它们质谱和PIE谱的差异,如不同的主要产物和丁烯产物结构等. 此外与正丁烷热解相比,异丁烷热解在较低的温度下即可生成苯,这与后者中炔丙基和C4物种等苯前驱体的生成得到了加强是密切相关的,也为解释支链烷烃碳烟生成趋势高于直链烷烃的现象提供了实验线索.