“学生中心,双融双驱”教学模式提升研究生综合素质与创新能力——以“化学反应动力学”课程为例

在研究生基础课“化学反应动力学”教学中,秉持“以学生的学习和发展为中心”的教育理念,将课程内容与课程思政和学科前沿紧密融合,并交替采用问题驱动学习(PBL)和基于研究学习(RBL)的教学模式,带动研究生发挥学习主体的能动性,促进夯实基础知识,形成科学的理性思维及创新能力,提升综合分析-解决问题能力,为研究生后续取得科研创新成果打下坚实基础。

负温度系数区域内RP-3喷气燃料表征燃料化学反应动力学分析

为探究喷气燃料(RP-3)在不同条件下负温度系数(NTC)区域内的反应路径、敏感反应以及小分子基元团的影响规律,以CRECK小分子详细机理为核心,基于解耦法耦合正十二烷、正丁基环己烷、正丁基苯简化机理,构建得到RP-3多组分表征燃料化学反应动力学详细机理;并在不同压力、燃料/空气质量比工况下对其NTC区域内的燃烧过程进行了敏感性分析、组分含量变化分析以及组分间交互作用路径分析。结果表明:NTC区域内反应H_(2)O_(2)(+M)=2OH(+M)(M为反应中第三体)是最重要的着火促进反应;不同反应条件下O_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(4)的陡降时刻与CO_(2)的激增时刻均与燃料的着火延迟期表现出极高的吻合度;压力与燃料/空气质量比的改变仅会影响反应路径的占比。

氨煤混燃气相中NO生成的化学反应动力学分析

氨煤混燃涉及复杂的化学反应过程,是否会加剧氮氧化物的生成是倍受关注的问题。通过化学反应动力学计算方法,研究了氨煤混合燃烧的气相反应中NO生成和还原的反应路径,以及不同因素对NO生成的影响。结果表明:温度T=1300℃、过量空气系数α=0.84时,相较于纯煤燃烧,掺氨比例为0.3时能够降低反应器出口NO体积分数96.5%,原因是此工况下氨分解产生大量的NH_(2)和NH等自由基,其还原反应的反应速率更快,从而使含N基元向N_(2)转化;T=1300℃下,掺氨比例为0.3时较为合适,此时反应器出口的NO和NH_(3)体积分数均较低;小比例掺氨燃烧会增大NO的生成速率和NH_(3)的分解速率,导致反应器出口NO体积分数增大,且温度越高,该现象越明显;α<1的还原性气氛和较低的温度(T≤1300℃)能够有效降低NO的排放。

化学反应动力学预测油纸绝缘变压器老化寿命

鉴于电力变压器的绝缘对其安全运行起着至关重要的作用,针对油纸绝缘变压器的老化问题,国内外研究者以绝缘纸老化化学反应为基础,以其纤维素的平均聚合度(DP)为特征量,采用化学反应动力学预测变压器老化剩余寿命,该研究已取得一定进展。为深入该项技术的研究,在概述变压器绝缘纸中纤维素的结构特点、降解方式以及化学反应动力学的相关内容后,总结了几个有代表性的绝缘纸老化动力学模型及其相应的验证试验,并结合这些模型,探讨了今后的研究方向。

碳氢燃料点火燃烧的简化化学反应动力学模型

基于“准稳态”方法建立了一套复杂化学反应动力学模型简化方法和相应的软件SPARCK．并以3种典型的碳氢燃料——甲烷、乙烯和庚烷为研究对象,从甲烷点火燃烧的GR12．11详细基元反应动力学模型出发简化得出了包含14个组分10步总包反应形式的简化化学反应动力学模型,从乙烯燃烧的51组分365详细基元反应模型出发简化得出了包含20个组分16步总包反应形式的简化化学反应动力学模型,从庚烷点火燃烧的160组分1540详细基元反应模型出发简化得出了包含26个组分22步总包反应形式的简化化学反应动力学模型．通过对典型激波管试验的结果对比可以看出:得到的简化反应动力学模型能较为有效地再现详细基元反应模型的反应机理,具有较高的计算精度．在工程计算中有较好的应用前景．

甲烷点火燃烧的简化化学反应动力学模型

从甲烷点火燃烧的GR I-M ech 1.2详细化学反应动力学模型出发,采用“准稳态”假设方法来对其进行简化,得到了包含18组分14步总包反应的简化反应模型。通过典型试验结果对比和基于均匀试验设计的校核计算结果比较可以看出,采用“准稳态”假设方法得到的简化反应动力学模型能有效地再现详细基元反应模型的反应机理,具有较高精度,是可靠而有效的。

生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制及数值模拟

采用生物质燃料再燃方式既能减少NOx排放，又能减少CO2、SOx排放，因此生物质燃料再燃是具有优势的生物质能利用方式，成为再燃技术研究的新方向。生物质气化再燃相比较直接再燃，气化后再燃不会破坏锅炉的灰成分，同时锅炉受热面的积灰、结渣、腐蚀等问题也可以避免，尤其适合难以直接燃烧的生物质。生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制研究有助于深入理解再燃过程，优化再燃效果。提出1套详细的化学反应动力学机制，并对稻杆气化气的再燃进行模拟与分析，针对温度、当量比这2个重要再燃参数，得出稻杆气化气再燃的最佳当量比为 f = 1.1~1.5，最佳温度范围在1 300 K以上。

甲醇空气预混层流燃烧的简化化学反应动力学机理

基于甲醇氧化的详细反应历程，利用敏感性分析的方法，提出了一个用于描述甲醇空气预混层流燃烧速度的包含18种组分、28步基元反应的简化化学反应动力学机理．研究发现，在甲醇的氧化过程中，甲醇的分解反应及H、OH等自由基的链锁反应具有十分高的敏感性，其中HCO＋M和H＋O2分别是产生H、OH自由基的主要反应．计算结果与实验结果对比表明，该简化机理可以较合理地模拟当量比为0．6～1．2以及不同初始温度下的层流燃烧速度和火焰结构．与详细机理相比，该机理更适合与CFD三维数值模拟软件耦合．

应用特雷纳法和吉尔法求解脱硫脱硝中化学反应动力学方程

应用特雷纳法和吉尔法求解脱硫脱硝中一类化学反应动力学方程,均得到了满意的结果.分别讨论了NO-NO2-N2,NO-NO2-N2-O2和NO-NO2-N2-O2-H2O系统,指出了各种系统脱除NOx的途径.同时,讨论了加入CO2及SO2后,脱除NOx和SO2的情况.

碳酸二甲酯着火化学反应动力学模型研究

利用激波管测量了碳酸二甲酯(DMC)在不同压力、温度、当量比和燃料浓度下的着火延迟期,并给出了着火延迟期的Arrhenius拟合关联式.对现有的DMC化学反应模型Glaude模型预测混合气着火过程进行了验证,Glaude模型预测的着火延迟期明显高于试验测量值.基于试验数据和理论分析,提出了一个DMC化学反应模型Present模型.Present模型能够很好地预测DMC的着火延迟期,并且在预测扩散火焰物种浓度方面也取得了很好的效果.通过对着火过程进行化学反应路径分析可知,DMC燃料分子的消耗主要靠脱氢反应,而燃料单分子分解反应消耗的燃料所占的比例较小.

脉冲电晕放电脱除NO化学反应动力学过程

采用非接触的色散荧光发射光谱和时间分辨光谱方法,在大气压条件下,对脉冲电晕放电脱除NO的化学反应动力学过程进行了实验研究。在该研究中,首先利用色散荧光发射光谱方法,得到纯NO气体脉冲电晕放电中各活性粒子的色散荧光谱,并对其进行归属,确定了各活性粒子的灵敏指纹跃迁谱线;在此基础上,通过测量NO气体放电过程中所产生的N+,O,N2及NO分子的灵敏指纹跃迁谱线的时间行为特性,研究脉冲电晕放电脱除NO的化学反应机理。实验结果表明:在脉冲电晕放电过程中,NO分子首先与高能电子发生非弹性电离碰撞,变成NO+离子,随后NO+离子发生解离反应,形成N+离子和O原子;N+离子在向阴极运动过程中与电子碰撞结合成激发态N原子,继而和其他激发态N原子结合成为激发态N2;而O原子则应与其它O原子结合成为O2。由此建立了大气压条件下纯NO气体脉冲电晕放电脱除NO的化学反应动力学模型。

用准稳态方法建立碳氢燃料点火燃烧的简化化学反应动力学模型

基于“准稳态”方法建立了一套碳氢燃料点火燃烧的化学反应动力学模型简化方法和相应的软件SPARCK,并从甲烷点火燃烧的GRI2.11详细基元反应动力学模型出发简化得出了包含16个组分12步总包反应形式的简化化学反应动力学模型,从庚烷点火燃烧的详细基元反应动力学模型出发简化得出了包含25个组分21步总包反应形式的简化化学反应动力学模型。通过其计算结果与CARM软件导出简化模型的计算结果和典型激波管试验结果的对比可以看出,本文简化得到的简化反应动力学模型能较为有效地再现详细基元反应模型的反应机理,简化模型的计算精度与CARM软件导出简化模型的计算精度相当。与详细基元反应动力学模型相比,简化模型有效地减少了反应组分,在工程计算中有比较好的应用前景。

基于Monte Carlo模拟的化学反应动力学参数估算

提出并采用基于 Monte Carlo模拟与动力学实验相结合的化学反应动力学参数估算方法 ,由基元反应确定 Monte Carlo模拟具体做法 ,将 Monte Carlo模拟结果与动力学实验结果相比较 ,根据比较结果自动调整和优化动力学参数 ,从而无需事先确定动力学方程即可有效估算各种化学反应的动力学参数值 .采用该方法估算了丙烯氨氧化反应动力学参数 ,并对估算结果进行了分析与讨论 .

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃过程详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅰ)———二甲基醚反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型对二甲基醚均质压燃燃烧反应机理进行了数值模拟研究。结果表明二甲基醚放热反应为典型的双阶段放热反应,经历低温反应、负温度系数区域和高温反应三个过程,高温反应又分为蓝焰和热焰两个阶段。二甲基醚自燃着火由过氧化氢(H2O2)分解所控制,甲醛(CH2O)是过氧化氢的主要来源。基于化学敏感性分析,得到了均质压燃二甲基醚反应的主要途径:首先是二甲基醚脱氢,经过两次加氧后得到甲醛基;然后生成甲酸基(HCO);最后生成一氧化碳(CO)。在二甲基醚的氧化反应过程中,氢氧根(OH)发挥着重要的作用,它是二甲基醚脱氢反应和CO氧化过程中的主要自由基。

基于化学反应动力学的瓦斯爆炸对冲火焰叠加特征的研究

为了研究煤矿瓦斯爆炸过程中火焰相向叠加后,火焰反应区内的化学反应进程,利用化学反应动力学的基本原理和58步甲烷反应机理,分析了火焰区内化学动力学参数的变化规律。认为煤矿瓦斯爆炸对冲火焰两侧反应区内的化学反应进程具有明显的对称特征。汇聚点处的产物浓度最高,H2O的最大摩尔浓度为0.185 382,CO2为0.082 896 4,最高温度为2 246.43 K。爆炸反应区内的CO、H2离子的最大摩尔浓度分别为5.442 28%和2.430 82%,明显高于其他离子浓度,对最终爆炸产物的生成起关键作用。另外,对H2O的生成速率起关键作用的反应步为OH+H 2幑幐H2O+H,其生成速率为0.010 593 7 mol/(cm3.s);对CO2起关键作用的反应步为CO+OH幑幐CO2+H,生成速率为0.003 769 56 mol/(cm3.s)。

化学反应动力学应用于约束爆炸的研究进展

约束爆炸会产生高温高压环境,该环境下,爆炸产物和空气中的氧气等成分极易发生化学反应。研究约束爆炸中涉及到的化学反应动力学过程,将动力学过程的具体参数耦合到约束爆炸中,可以获得约束爆炸后密封容器或者密闭爆室内更精确的总压力、静态压力和爆炸释放的总热量值,进而更准确地描述约束爆炸中的热应变、力学效应等重要物理现象,对于完善爆炸现象学研究具有重要的意义。通过总结国内外在这方面的研究工作,介绍了在约束爆炸研究中引入化学反应动力学过程的发展历史和最新进展,取得的研究成果,以及进行实验采用的技术方案和数值模拟方法。重点介绍了在化爆小当量约束爆炸的研究中,考虑化学反应动力学过程的实验研究方法和数值模拟方法,并分析指出了一些有待进一步研究解决的问题。

化学反应动力学对超声速燃烧的影响

非平衡化学反应是超声速燃烧中非常重要的过程,其反应动力学模拟直接影响其内部温度分布。针对某支板氢燃料超声速燃烧室,分别采用了单步化学反应动力学、7组分8步反应和9组分19步反应动力学模型,对比了燃烧反应速率、内部温度场和速度场的分布。结果表明,采用详细化学反应动力学,燃烧热释放缓慢,在流场中下游自由基参与反应,其温度场与试验值吻合更好。

基于简单碰撞理论化学反应动力学数值模拟

寻找合适和有效的数值模拟方法,对于越来越复杂的化学反应动力学研究有着重要的意义。以简单碰撞理论(SCT)模型为出发点,可以得到一种准确有效的化学动力学方程的数值求解方法。基于SCT的化学反应动力学数值模拟方法编程方便简单,具有较高的精度,与化学动力学过程机理相似,能体现化学动力学的过程。使用该方法对n级简单反应、连续反应和综合化学反应进行模拟计算,将模拟结果与这些化学反应的解析解结果进行对比发现,模拟结果与这些化学反应的解析解相对误差小于0.5%。

多种复杂化学反应动力学统一的数值模拟

研究各种经典复杂化学反应动力学方程如简单级次反应、平行反应、连续反应和对峙反应等的求解方法时,可以发现它们之间存在共同点,并得到统一的求解形式。文中给出了将多种复杂化学反应动力学的求解统一起来的方法,并用C++程序语言,编制了可以求解物理化学教学中各种经典复杂化学反应动力学方程的数值模拟程序。使用该程序,只要根据具体情况调整输入参数,就能解决不同的化学反应动力学问题。给出了求解连续反应和对峙反应的2个实例,验证了程序数值模拟的准确性。

分光光度法研究高铁酸钾在碱性介质中的化学反应动力学

高铁酸盐是一种新型的绿色电源材料,在研究其实际应用时有必要对其化学性质进行研究,了解高铁酸盐作为电源材料的性能。本文用分光光度法研究K_2FeO_4在不同的碱性介质,不同碱浓度的水解反应。确定K_2FeO_4水解反应级数,计算反应半衰期,研究添加离子对K_2FeO_4水解反应的影响。