燃烧组织方式对氨氢燃烧NO生成的影响机理研究

在氨氢燃料的燃烧过程中,生成的一氧化氮(NO)是主要的环境污染物之一,其形成机理涉及一系列复杂的化学反应。为深入探讨不同燃烧组织方式对NO生成的影响机理,利用化学反应动力学模拟软件,结合具体的化学反应动力学机理,从反应动力学角度研究氨氢燃料在预混燃烧、射流燃烧和均质充量压燃三种燃烧模式下,对NO生成的影响机理。结果表明:在三种燃烧模式中,NO主要生成路径差异为射流燃烧模式下NH_(2)生成NH,而其他两种燃烧模式则是生成H_(2)NO,同时发现HNO是NO生成的关键组分;R74 NH_(2)+NO_(2)■H_(2)NO+NO为促进NO生成的关键基元反应,而R30 NH_(3)+O_(2)■NH_(2)+HO_(2)与R76 NH_(2)+NO■N_(2)+H_(2)O则为抑制NO生成的关键基元反应。在研究掺氢比对NO生成的影响机理时,发现随着掺氢比的增加,三种燃烧模式下NO主要的生成路径差异较小,但NO物种敏感性中的基元反应种类会发生变化。同时NO生成时刻将会提前,虽然NO的生成量变化较小,但是NO物质的量分数峰值随着掺氢比的增加而增加。

不同等级和不同陈化年限艾绒的燃烧特性研究

目的:从燃烧学角度研究艾绒等级和艾绒陈化机制。方法:采用热重分析法(TG/DTG)和同步热差分析法(TG/DSC),对不同等级艾绒和不同陈化年限艾绒进行热重实验和分析,从平均燃烧速率、热量释放、综合燃烧特性指数等参数,研究不同等级艾绒和不同陈化年限艾绒的燃烧特性。结果:艾绒等级越高,燃烧速率越快,单位质量燃烧释放热量越高,综合燃烧特性指数越好;不同陈化年限艾绒的热失重参数表明艾绒陈化2~4年后,综合燃烧效果较好。结论:15∶1到30∶1等级之间的艾绒综合燃烧指数差别不显著,结合生产实际等因素提示临床使用以15∶1等级艾绒较好。陈化2~4年的艾绒燃点较低,燃烧均匀,燃烧速率较快,释放热量较高,提示艾绒陈放2~4年即可。

基于域对抗神经网络的双模态燃烧室跨构型燃烧模态识别

双模态冲压发动机燃烧室在宽马赫飞行过程中会呈现不同燃烧模态来保持稳定工作,燃烧模态的准确识别对燃烧室乃至发动机的控制和稳定运行具有重要意义。基于域对抗网络的领域适应策略,提出了一种针对不同构型双模态燃烧室的燃烧模态识别方法。首次将域适应的解决思路应用于燃烧及流体的问题中,以提高双模态燃烧室跨域数据集模态识别模型的泛化性能。通过数值模拟得到三种构型燃烧室的数据集,利用原始构型数据集训练模型,对上凹腔扩张构型和下凹腔扩张构型的数据集验证其泛化性能,并将获得的识别准确率与其他识别方法(包括支持向量机、K近邻、决策树)进行对比分析。研究结果表明:对亚燃模态和超燃模态进行识别,在上凹腔扩张构型和下凹腔扩张构型的密度梯度分布图的验证中分别取得了93.5%和96.3%的准确率,在温度分布图的验证准确率为91.8%和97.1%。本文的方法可以获得更易于识别燃烧模态的图像信息,以获得更高的跨领域数据识别准确率和更好的泛化性能,为发展适用于不同构型双模态燃烧室的燃烧模态识别方法提供了有力支撑。

一种通用的燃烧过量空气系数和实际干烟气量计算新方法

针对燃料燃烧计算现行方法的不足,从燃烧计算的机理模型出发,推导得到一种通用的燃料燃烧过量空气系数和实际干烟气量计算新方法,并提出了燃料成分因数和实际干烟气系数的概念。在新方法中,过量空气系数通过烟气成分和燃料成分因数求得,实际干烟气量通过实际干烟气系数和理论干烟气量求得。通过试验数据对新方法与现行方法进行了对比分析。结果表明,过量空气系数计算方法中,现行传统方法较为便捷但仅适用于燃料成分因数近似为零的燃料,现行改进方法精度高但需要进行迭代计算,而新方法是简便的通用计算模型,可适用于任何燃料,且计算结果与现行改进方法一致;实际干烟气量计算方法中,现行方法需要先求解过量空气系数,而新方法中实际干烟气量为独立求解,且计算结果与现行改进方法一致;实际干烟气系数的提出,使得燃料燃烧计算时,实际干空气量和实际干烟气量的求解模式类似,均可通过相应的理论量值和比例系数求积得到。

喷射策略对甲醇/汽油转子发动机燃烧特性的影响

以缸内直喷甲醇/汽油转子发动机为研究对象,利用CONVERGE软件对转子发动机的三维模型进行网格划分,并且选取了RNG k-ε湍流模型、SAGE燃烧模型和DPM喷雾模型,以建立数值模拟模型。研究结果表明,实验数据和模拟数据之间的平均误差不超过5%,在合理的范围之内,因此模型可靠。在此基础上,研究了不同的喷射策略对转子发动机缸内流场和火焰传播的影响。当喷射位置在缸体长轴线及以上时,喷射角度越大,缸内湍流强度越强。并且,在上止点时刻,喷射位置在长轴线以上40 mm处,喷射角度为+40°的火焰传播面积是同一喷射位置下喷射角度为0°的3倍。在甲醇掺混比为20%的计算工况下,当喷油器在长轴线以上20 mm处的喷射位置,喷射角度为+40°时,转子发动机的缸内压力峰值最高,为23.6 bar,并且具有较小的碳氢化合物排放。

MnCe-Al_(2)O_(3)球形颗粒的制备及其催化燃烧环己烷性能

挥发性有机物(VOCs)的大量排放会导致环境污染和健康危害,催化燃烧是高效降解VOCs的重要手段之一.采用海藻酸盐溶胶-凝胶法合成了MnCe-Al_(2)O_(3)球形颗粒作为环己烷催化燃烧催化剂,结果表明,Mn催化剂中适当添加Ce可提高MnOx的分散性,降低催化剂H_(2)-TPR还原温度.催化剂中Mn和Ce摩尔比为3∶1、煅烧温度650℃时,催化剂催化燃烧环己烷活性最高,可以在345℃实现环己烷的完全转化.反应24 h后,催化剂仍显示出几乎100%的环己烷转化率,表现了良好的催化稳定性.与浸渍法制备的催化剂相比,MnCe-31-Al_(2)O_(3)-650催化剂活性更高.

燃气轮机燃烧模式切换过程的动态建模与仿真

为了满足日益严格的氮氧化物(NO_(x))排放标准,发电用重型燃气轮机普遍采用贫燃预混燃烧以降低火焰温度,从而降低NO_(x)排放.为了验证某F级重型燃气轮机的燃烧模式控制系统,以天然气燃烧的简化化学反应机理模型为基础,建立了面向化学反应器的网络模块库,开展了燃烧模式切换过程的仿真研究.基于Simulink模式图的建模技术,实现了点火和熄火等状态急剧变化过程的动态建模.通过仿真验证了建立的模型能够正确反映不同燃料支路流量分配比例对燃烧室温度、排放成分的影响,而且可以以较低的计算成本实现燃烧模式切换的实时仿真.

汽油发动机稀薄燃烧技术特性分析与应用

发动机节能技术一直是汽车制造厂商和科研工作者研究的重点,其中发动机稀薄燃烧节能技术最具有代表性。利用文献分析法综述了汽油发动机稀薄燃烧技术的机理、技术实现途径及应用情况,发现发动机稀燃技术具有明显的节能效果,可为相关领域科研工作者提供理论参考。

600 MW四角切圆燃煤锅炉灵活性改造后燃烧优化的数值模拟及验证

某600 MW四角切圆燃煤锅炉在完成灵活性改造后,于高负荷运行时出现炉膛出口烟气温度偏差大以及NO_(x)排放浓度控制难等问题。为此,运用流体计算仿真软件构建炉内燃烧、流动和传热全耦合的三维模型进行数值模拟计算,旨在确定锅炉的最佳运行参数。其中,采用Standard k-ɛ模型描述流体流动,运用双步竞争模型模拟煤中挥发分的析出过程,借助动力/扩散控制模型阐释焦炭燃烧反应,通过拉格朗日随机轨道模型考量煤粉颗粒与烟气的两相流过程,利用P1辐射模型计算炉内辐射传热,采用有限速率/涡耗散模型模拟气相燃烧,并通过后处理方式计算烟气中NO_(x)的质量浓度。重点分析了在100%锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下,过量空气系数α、一次风率β和二次风角度θ等参数对炉膛切圆燃烧和出口处NO_(x)排放的影响。数值模拟结果表明:在锅炉实现良好切圆燃烧和低NO_(x)排放的条件下,最优运行参数为α=1.1,β=30%和θ=0°。通过锅炉燃烧调整试验对模拟结果的准确性予以了验证,试验结果表明:在最优运行参数下,锅炉省煤器出口的NO_(x)质量浓度降低了9.96%,排烟温度降低了2.66%,烟气温度偏差降低了2.26%,锅炉效率提高了0.28%。

壁面嵌入式凹槽用于圆燃烧室的初步实验研究

为了探索壁面嵌入式凹槽在圆截面燃烧室的适用性,在模拟来流马赫数6.5,燃烧室入口马赫数3.1,总温1660 K条件下,以液态煤油为燃料,开展了带壁面嵌入式凹槽的圆截面直连式燃烧室点火、燃烧实验,使用聚焦拍摄技术获得燃烧室内点火及火焰维持与传播等流场信息,分析了煤油当量比(ER)、凹槽扇角(θ)、煤油喷注位置变化对煤油点火、火焰维持及火焰传播的影响特性,与传统全圆周凹槽进行了对比。通过实验可以得到以下结论:(1)在壁面嵌入式凹槽底壁喷注煤油,不同θ及ER条件下均可点火,但点火及火焰维持能力有差异。(2)在壁面嵌入式凹槽上游喷注煤油时,不同θ条件下均可实现稳定燃烧。(3)相同θ条件下,从壁面嵌入式凹槽上游喷注时煤油燃烧效果更好。当前研究结果显示,壁面嵌入式凹槽应用于圆截面超声速燃烧室具有一定潜力,但还需要进行优化与改进并开展实验验证。

高压缩比甲醇发动机稀薄燃烧与排放仿真研究

为探究高压缩比甲醇发动机在稀薄燃烧条件下的性能和排放特性,文章选取一款经过改造的柴油机作为研究对象,搭建了相关一维和三维CONVERGE仿真模型。通过模拟发动机的实际工作过程,系统地分析了不同当量比、压缩比以及点火时刻对发动机燃烧效率和排放的影响。研究结果表明,相对于标准混合气燃烧,稀薄燃烧模式能够使用更少的甲醇燃料来满足发动机性能需求,在节约了燃料的同时减少了CO_(2)排放。若在最佳点火时刻点火或增大压缩比,能够保持较低CO_(2)排放的同时,增大缸压可满足发动机动力性能,但会导致NOX排放升高。该研究为甲醇发动机的性能优化和排放控制提供了有价值的参考。

金属碳化物在运输鉴定中燃烧性判定探究

金属碳化物具有优良的理化性质,被广泛用于各行各业中。在运输安全中,部分金属碳化物具有易燃的危险性。根据联合国《试验和标准手册》(第8修订版),金属碳化物易燃危险性判定标准与非金属粉末相同,但因其物理性质与金属相似,燃烧危险性更接近于金属粉末。因为不同判定标准会导致危险性的结论不同,文章通过探究非金属粉末,金属碳化物以及金属粉末的燃烧温度,燃烧-冷却曲线证明金属碳化物的燃烧危险性更接近于金属粉末,金属碳化物的判定标准应与金属粉末相同。从而建议联合国运输组织对金属,金属碳化物和非金属粉末的燃烧危险性判定进行进一步探究,合理的进行危险性分类,降低运输过程中燃烧的危险性。

节能材料燃烧热值检测及影响因素研究

本研究以岩棉板、复合发泡水泥板为例,探讨了节能材料燃烧热值检测过程中的影响因素。在研究中,详细阐述了每种材料的定义、特性和应用领域,并提出了相应的热值检测过程中的影响因素,包括试验过程环境、水温影响、称重误差、氧气纯度等。通过重视这些关键因素,能够全面、准确地评估节能材料燃烧性能,为有效控制防火等级,以及在节能材料的选择和应用上提供了科学依据。

气-液燃料燃烧理论与低碳技术

脉冲爆震发动机(pulse detonation engine,PDE)和转子发动机是动力机械的重要分支,具有广阔的应用前景。缸内燃烧不充分是限制其燃烧排放性能提高的瓶颈,主要原因是缺乏对燃烧室内流动和燃烧过程的深入认识。为此,本团队围绕脉冲爆震发动机和转子发动机燃烧室内流动和燃烧的耦合机理开展了深入研究。

燃烧室抛光技术对汽油机经济性影响的研究

在一台单缸汽油机上,进行了燃烧室壁面抛光前后燃烧相位、燃烧持续期与平均指示热效率相互影响变化规律的试验研究。结果表明:单缸汽油机以化学计量空燃比、低负荷、低圧缩比运行时,抛光后的燃烧室传热损失减少、经济性改善,平均指示热效率从40.8%上升到了42.2%,而随着负荷的增大、压缩比的提高,抛光后燃烧室传热损失减小带来的爆震效果增强,燃烧相位推迟和燃烧持续期延长,最终导致平均指示热效率下降;当汽油机以稀薄燃烧模式运行时,平均指示热效率上升,最高热效率超过45%;当汽油机进入爆震区域以10.5 bar负荷运行时,抛光后燃烧室传热损失减少增强了爆震效果,导致平均指示热效率相比于抛光前总体下降。

一种通用的基于火焰高光谱的燃烧特性预测模型

燃烧特性的准确预测可以为燃烧技术的优化提供重要依据。利用甲烷火焰高光谱数据同时预测多种燃烧特性,以解决工程中监测燃烧特性需要多种采集设备及现场取样的难题,提出了一种基于三维卷积神经网络(3-dimensional Convolutional Neural Network)方法的火焰特性预测模型。首先在层流火焰高光谱数据上验证了该方法并进一步将模型应用于湍流火焰高光谱数据,接着建立了一种通用模型和训练方法,最后使用Gradient-weighted Class Activation Mapping(Grad-CAM)方法对模型进行可解释性研究。在层流模型中研究了不同参数对火焰特性预测模型准确性的影响;在湍流模型中探究了使用迁移学习的可行性以及添加小波去噪处理方法和改变卷积层数对模型结果的影响;在通用模型中解决数据不一致的问题,使得层流和湍流火焰作为训练数据对模型进行混合训练成为可能,实现了从实验室小火焰到实际工程火焰的燃烧特性参数预测模型的建立;在模型的可解释性研究中使用Grad-CAM方法对神经网络模型的工作原理和决策过程进行研究。结果显示层流预测模型中针对不同预测参数平均准确率均能达到96%以上,使用Mish+Mae的参数组合平均准确率最高为98%且拥有较高的模型稳定性;湍流预测模型的平均准确率均能达到95%以上,迁移学习、小波去噪处理和改变卷积层数均能在一定程度上提升模型性能,但需要进行合适的调整;通用模型在层流和湍流不同参数预测的平均准确率分别达到了97%和94%,在两种不同火焰的工况下均达到较高的准确率,说明模型的适用性较强;可解释性研究中Grad-CAM热力图上的信息表明该方法能够通过定位火焰敏感区域,并从光谱中提取到关键组分信息,从而完成对火焰特性的预测。该研究可以为燃烧学实验测试技术的智能化发展提供支持,对燃烧特性的研究具有重要意义。

循环流化床锅炉纯氨燃烧排放特性模拟

基于循环流化床(Circulation Fluidized Bed, CFB)技术的纯氨燃烧有望高效、低成本地解决氨燃烧面临的火焰传播速度低、燃烧稳定性差等问题,从而助力基于可再生能源的无碳燃料的消纳利用。构建了氨燃烧CFB整体数学模型,同时考虑了氨的均相反应及异相催化反应,探究了纯氨燃烧CFB锅炉的氨逃逸、氮氧化物等排放特性,并分析了床温、过量空气系数、空气分级、燃料分级等运行参数对排放特性的影响。结果表明:直接将常规燃煤CFB锅炉结构与运行策略应用于纯燃氨CFB锅炉会导致较高的氨逃逸与氮氧化物排放体积分数,而适当调整运行参数可以显著改善排放特性。

基于氨预分解的氨扩散燃烧模拟研究

氨部分预分解是改善氨的燃烧性能的有效手段,但对于氨预分解条件的影响仍缺乏系统的研究。该文针对基于氨预分解策略的氨扩散燃烧装置开展数值模拟研究,以分析氨预分解比例、当量比和氨分解余热对燃烧及污染物排放特性的影响。结果表明,随着氨预分解比例提高,火焰温度提高,火焰高温区更靠近喷嘴,NO_(x)排放量下降;NO排放在NO_(x)中占主导,并随着当量比的提高先增大后减小;N_(2)O排放主要发生在低氨预分解比例、低当量比条件下,在氨预分解比例达到50%后基本消失;利用氨分解余热预热燃料有助于稳定燃烧,并在氨预分解比例不超过30%时,明显减少氨泄漏而未增加NO_(x)排放。研究表明,提高氨预分解比例和当量比能有效改善氨燃烧及污染物排放特性,而在小比例氨预分解条件下应充分利用氨分解的余热。

组合发动机加力燃烧室火焰状态光学图像监测方法研究

为防止发动机在运行过程中出现熄火等异常现象,本文报道了一种基于光学图像的非接触式发动机火焰实时在线监测方法,并在组合发动机加力燃烧试验台上开展了试验验证。利用高速相机采集组合发动机加力燃烧室内火焰的OH*自发辐射图像,通过内嵌在现场可编程逻辑阵列(Field Program-mable Gate Array,FPGA)板中的图像处理系统实时处理图像并提取表征燃烧状态的火焰特征,利用阈值判断算法实现火焰状态的在线监测,其响应时间最快约为25 ms。此外,研究发现在临近熄火阶段,火焰面积脉动加快,火焰强度波动加剧,监测系统的高灵敏性使其具有捕捉熄火特征的能力,有望在未来实现对熄火等异常燃烧状态的预警。

民用煤燃烧排放亚微米颗粒物数浓度粒径分布和排放因子

基于实验室模拟燃烧以及稀释通道采样系统,利用扫描电迁移率粒径谱仪,采集分析了不同地区7种蜂窝煤和11种块煤燃烧排放亚微米颗粒物的数浓度和粒径分布特征,并获得了分粒径段数浓度排放因子和呼吸道沉积通量.结果表明,蜂窝煤和块煤燃烧过程中会排放大量亚微米颗粒物.亚微米颗粒物数浓度在核模态以及爱根核模态内下降趋势明显,在积聚模态低粒径段(100nm≤Dp≤200nm)下降趋势减弱,在积聚模态高粒径段(200nm≤Dp)颗粒物数浓度随粒径增长逐渐上升.蜂窝煤和块煤燃烧排放颗粒物总数浓度排放因子分别为(9.9×10^(14)±5.3×10^(14))个/kg和(1.4×10^(15)±7.9×10^(14))个/kg.块煤燃烧排放的三模态平均数浓度排放因子分别为(1.0×10^(15)±5.9×10^(14))、(2.8×10^(14)±2.5×10^(14))和(6.4×10^(13)±3.5×10^(13))个/kg,块煤在3个模态当中的数浓度排放因子分别是蜂窝煤1.3倍、1.9倍以及1.5倍.采用ICRP计算模型得出,蜂窝煤和块煤的总沉积通量(RDF)分别为7.6×10^(12)~4.7×10^(13)个/min和5.7×10^(12)~3.3×10^(13)个/min.燃烧排放的亚微米颗粒物中核模态与爱根核模态颗粒在呼吸道的沉积量占比超过90%.在呼吸系统的3个区域中,颗粒RDF尺寸分布均呈递减分布.本研究对比分析了不同地区民用煤燃烧排放不同粒径段颗粒物数浓度粒径分布、排放因子和吸入暴露,可为数浓度清单构建、效应模拟改进和健康风险评估等提供基础数据和有效支撑.