氨/氢燃料射流点火船用发动机燃烧特性

为突破氨在发动机中的燃烧局限性,促进氨燃料高效快速燃烧,提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气,进气道内预混氨/氢燃料,实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法,在改进了Otomo氨/氢机理基础上,探究了进气温度、掺混氢气的质量分数和主燃室当量比对氨/氢燃料着火与燃烧特性的影响。研究结果表明,射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的热力学环境和高活性热射流。在当量比为0.4、不掺混氢气的条件下,450 K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧,在掺混氢气的质量分数较低时,射流点火对火焰发展促进作用更显著;掺混氢气的质量分数提高至10.0%可以使燃烧相位提前18°,但爆震风险增加;在进气温度为320 K和掺混氢气的质量分数为2.5%条件下,主燃室在当量比最小为0.45时可正常着火,但随着更接近理论空燃比的燃烧,指示热效率略有提升,主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。

桉木屑颗粒燃料固体桥结构构建与燃烧特性研究

在成型燃料内部构建固体桥结构可有效改善其物理品质,利用不同粒径桉木屑构建了具有固体桥结构的颗粒燃料,并进一步研究了颗粒燃料的燃烧特性。提出的构建方法为同种原料不同粒径混配成型,在电子压力机上进行了粒径(0,1 mm]原料混配粒径(4 mm, 5 mm]原料的颗粒压缩成型实验,结果显示混配量5%~10%时颗粒内部长粒径粒子的交叉缠绕,可形成适量的固体桥结构,短粒径粒子填充饱满,粒子间结合紧密。较佳的混配量为5%,颗粒具有较高的松弛密度,为1 074.79 kg/m^(3),最高的Meyer强度,为23.93 MPa,最低的比能耗,为27.06 kJ/kg,平衡含水率为11.65%,吸水速率k为0.015 3 min^(-1)。在热分析仪上进行了成型颗粒燃烧实验,颗粒燃烧过程较为平稳且有所延长,在升温速率10~40℃/min的范围内,着火温度Ti在246.60~265.00℃之间,最大失重速率(dm/dτ)_(1max)在-6.84~-29.10%/min之间,综合燃烧指数S在7.26×10^(-12)~1.09×10^(-10)min^(-2)·K^(-3)之间。在X射线荧光光谱仪上分析了颗粒灰分的元素组成,预测颗粒燃烧时具有中等或较高的结渣沾污趋势。

孔隙密度对多孔介质燃烧器燃烧特性影响

建立多孔介质燃烧器的数学物理模型,运用Fluent模拟软件对其进行数值计算,研究多孔介质孔隙密度变化对燃烧特性和污染物排放的影响。结果表明:随着孔隙密度增大,火焰区域会逐渐往下游移动;沿着流动方向孔隙密度从10 PPI逐渐增大到45 PPI的变化结构更有利于热量传递,相较于其他孔隙密度分布其燃烧特性更好,氮氧化物生成量也相对较低,径向方向孔隙密度内部加密结构有更高的燃烧温度和稳燃上限。

柴油/醇氢双燃料发动机燃烧特性试验研究

在不改变Z6170发动机结构和参数的基础上,搭建一套基于尾气余热在线重整制氢的甲醇和重整气进气歧管喷射系统,并开展了柴油/醇氢双燃料发动机的燃烧特性研究。试验结果表明,柴油/甲醇双燃料模式下,随着替代率增加,燃烧持续期(CA10-90)逐渐减少,着火延迟期逐渐增长,燃烧重心(CA50)表现出先提前后滞后的特性。柴油/醇氢双燃料模式下,在同替代率时相比于甲醇模式,着火延迟期缩短,燃烧持续期反而延长。研究结果为柴油/醇氢双燃料发动机的性能进一步优化提供了试验支持。

氢氧内燃机增氧定容燃烧特性研究

航天器携带推进剂有限,氢氧内燃机适宜采用纯氢纯氧+富氢燃烧方式,但目前内燃机纯氢纯氧燃烧缺乏地面试验验证。为此开展氢氧内燃机增氧定容燃烧试验,采用内燃机定容燃烧逐步增氧的技术路线,获得增氧乃至纯氧条件下氢氧内燃机的层流燃烧特性,实现氢氧内燃机高性能高可靠工作。试验结果表明:随着氧气浓度的增大,层流燃烧速度随当量比成倍增加,变化的幅度会逐渐减小;高氧气浓度条件下,层流燃烧速度维持在很高的水平,且随当量比的变化很小。

混凝土路面乙醇流淌燃烧特性试验研究

为了探究液体燃料泄漏燃烧特性,以混凝土为底板开展点燃与非点燃条件下乙醇流淌火试验,测量并分析了扩散直径、火焰温度、单位面积燃烧速率等关键参数。根据泄漏速率与燃烧速率的相对关系,将乙醇流淌火燃烧过程划分为扩散燃烧阶段与准稳态燃烧阶段,并分别建立了上述两阶段的扩散直径预测理论模型。扩散直径、火焰温度均随乙醇泄漏速率(40~80 mL/min)增加而增大。其中,当泄漏速率为80 mL/min时,火焰温度峰值最高(约为860℃)。此外,在本试验中乙醇流淌火单位面积燃烧速率约为乙醇油池火的68%,这主要是因为乙醇流淌燃烧过程中存在热损失并且乙醇流淌火的火焰热辐射吸收程度更低。

H_(2)与氨混燃增强火焰燃烧特性模拟研究

氢和氨作为清洁能源受到广泛关注,为深入探究氢-氨混燃的燃烧特性和影响因素,本文借助Chemkin仿真平台建立相关反应模型,以氢-氨混合气体为燃料,空气作为助燃剂,采用Otomo等人提出的一种氨氧化机理对其燃烧过程进行模拟计算,并模拟研究了混合气体的点火延迟时间、层流燃烧速度、绝热燃烧温度、NO排放等燃烧特性随当量比、初始压力以及燃料中H_(2)比例的具体变化规律,对不同工况下的层流火焰结构、H和OH自由基的产率(rate of production,ROP)、NO生成的敏感度进行了化学动力学分析。结果表明:纯氨气体的点火延迟时间长、层流燃烧速度慢,掺氢后燃烧特性均有所改善,且提高了火焰的绝热燃烧温度,但掺氢比例越大,NO排放越多。NO摩尔分数随当量比变化的趋势先增后减,在当量比为0.8左右达到峰值。综合考虑氢-氨混燃的一系列燃烧特性以及掺氢、加压的成本和收益情况,推荐H_(2)占比15%、当量比φ=1.1、压力P=0.2 MPa为氢-氨混合燃烧的最优条件。

西藏三种木材生物质的燃烧特性及动力学分析

为了探讨西藏地区丰富的藏川杨、高山松和川滇高山栎3种木材生物质在燃烧过程中的反应机理,采用热重分析了三种木材的燃烧特性,通过Coats-Redfern积分法研究了其动力学特性。结果表明:3种木材生物质燃烧过程总体趋势一致,可分为失水干燥、生物质燃烧、焦炭燃烧和生物质燃尽共4个阶段,其中挥发分燃烧阶段失重占比最大。根据综合燃烧特性指数,川滇高山栎的燃烧特性最好,其次是藏川杨、高山松;随着升温速率增大,木材生物质的综合燃烧特性指数增大,燃烧速率增大,DTG曲线峰值增大,峰形变宽;藏川杨、高山松和川滇高山栎的最佳反应级数分别为1、2、2,相关系数均大于0.95。燃烧反应活化能从低到高分别为:藏川杨46.10 kJ/mol、高山松70.05 kJ/mol、川滇高山栎85.59 kJ/mol;频率因子从低到高依次为:藏川杨2.25×10^(4)min^(-1)、高山松3.99×10^(6)min^(-1)、川滇高山栎2.14×10^(7)min^(-1),该研究为优化燃烧过程和提高能源利用效率提供了理论依据。

棉秆掺烧对燃煤锅炉燃烧特性影响的数值模拟研究

以某热电公司330 MW锅炉为研究对象,基于Fluent数值模拟软件对煤粉与棉秆混燃特性进行研究。以其结构参数与运行参数为依据,研究纯煤工况以及生物质不同掺烧比例、不同掺烧方式的6种工况。通过分析各个工况时炉膛的速度场、温度场、烟气组分及污染物NO的变化趋势,确定出最佳燃烧方式以提高燃煤效率,减少NO污染物排放。结果显示:相比于纯煤燃烧,掺烧棉秆后炉内主燃区温度降低,炉膛出口O_(2)含量减少,NO排放量随掺烧比例增大而减小。在掺烧方式的比较中,只在D层喷入棉秆有利于减少NO排放,其NO排放率较混合燃烧工况降低了15.2%。

二甲醚和甲醇双直喷喷雾燃烧特性的光学研究

为明晰高压喷射条件下二甲醚和甲醇双直喷的喷雾形态和火焰发展特性,通过高温高压定容燃烧弹,利用高速相机基于纹影法,对比研究了甲醇和二甲醚双直喷的喷雾燃烧特性。实验中,喷射压力设置为60、80、100 MPa,环境背压设置为0.2、4 MPa,环境温度分别为500、800 K。背压为0.2 MPa时,二甲醚的气相和液相贯穿距以及喷雾投影面积小于甲醇;背压为4 MPa时情况相反。但是,二甲醚液相喷雾贯穿距和喷雾面积所占的比例在同工况下均小于甲醇,即两种背压条件下二甲醚的雾化效果均比甲醇的好。随着喷射压力的增加,双直喷喷雾的火焰浮起长度增加,喷射压力为100 MPa时的火焰浮起长度较60 MPa时增加约26.42%,着火延迟期变长,KL因子的总和减少了44.05%;随着二甲醚喷射延时的增加,两种喷雾碰撞后形成的双直喷喷雾发展变快,喷雾面积先变小后变大,燃烧火焰的着火延迟期变长。相比于同步喷射,二甲醚延迟1 ms喷射时火焰浮起长度增加8.34%,KL因子的总和下降26.12%。研究表明,增加喷射压力和二甲醚喷射延时对于优化二甲醚、甲醇双燃料发动机的喷雾与燃烧特性具有重要的促进作用。

硝酸羟胺基固体推进剂电控燃烧特性实验研究

硝酸羟胺基固体推进剂以硝酸羟胺(HAN)为氧化剂,聚乙烯醇(PVA)为粘合剂,具有可电控燃烧、产气无毒害、能量特性好的特点,然而工作性能不稳定、点火机理不明朗的问题是限制其工程实际应用的主要因素之一。针对以上问题,制备了不同成分配比的推进剂,利用扫描电镜能谱仪和电化学工作站对推进剂的微观形貌、元素分布和电导率进行分析,然后对推进剂的点火功率、推进剂温度、火焰结构、熄灭特性进行实验研究并优选了最佳成分配比。实验结果表明,推进剂中PVA的含量越高,PVA分子链交联形成的骨架结构越紧密,造成推进剂的电导率更低,所需的点火功率更高,燃烧过程中推进剂表面温度也会更高,熄灭后推进剂的自分解会更剧烈,不利于推进剂的高效燃烧和重复点火。PVA的最佳质量分数为18%。另外,电化学阻抗是影响推进剂电能注入的重要因素,PVA含量过低会导致电能难以注入,使得推进剂表面无法达到点火温度。

无人机用点燃式二冲程柴油机燃烧特性研究

针对柴油燃料雾化蒸发困难导致的发动机燃烧效果差、易爆震的问题,本文采用空气辅助缸内直喷方案,对一台点燃式二冲程柴油发动机开展燃烧特性研究。建立了点燃式二冲程柴油发动机的三维仿真模型,对混合气特性和燃烧特性进行仿真研究,并通过台架试验进行了验证。研究结果表明:点燃式二冲程柴油发动机在热机工况下,点火时刻有58%的燃油蒸发,缸内平均当量比由冷起动工况下的0.2提升至0.8,混合气品质较高,缸内燃烧情况良好。通过燃用汽油、柴油两种燃料进行发动机整机性能对比试验发现,在高转速大负荷工况下,两种燃料的燃烧特性曲线十分接近,柴油燃烧的指示平均有效压力(IMEP)的分布均值仅比汽油低1.2%。总体而言,柴油燃料应用于点燃式二冲程发动机的燃烧性能与汽油燃料相似,且使用柴油燃料时缸内压力最大震荡幅值仅为0.02 MPa,远小于爆震阈值,不会出现爆震现象。

兰炭燃烧特性

利用热重分析法探究兰炭的燃烧特性,考察兰炭粒径、4种助燃剂[MnO_(2)、Fe_(2)O_(3)、柠檬酸钠、Ca(OH)_(2)]、w(柠檬酸钠)对兰炭燃烧特性的影响。结果表明,减小兰炭粒径有助于改善其燃烧特性;柠檬酸钠能够有效降低兰炭的着火温度、50%有机质燃尽温度,其着火温度由461.9℃降至409.5℃、50%有机质燃尽温度由626.3℃降至584.9℃;w(柠檬酸钠)<3.0%,兰炭的着火温度、50%有机质燃尽温度下降明显,其燃烧速率也基本保持不变,但随着w(柠檬酸钠)增多,兰炭的各项特征温度下降缓慢,燃烧速率下降明显,表明适量加入柠檬酸钠有利于改善兰炭的燃烧特性。

白皮松固体燃料成型参数优化及燃烧特性研究

以白皮松园林修剪废弃物为原料制成固体燃料,采用响应面法对其物理特性进行多因素试验研究,分析原料含水率、温度及成型压力三因素交互作用对固体燃料密度、耐久性、抗跌碎性的影响规律;应用马氏距离法对燃料的密度、耐久性和抗跌碎性进行响应优化,并采用同步热分析仪分析白皮松燃烧特性。结果表明:在含水率6.5%~10%、温度70~100℃、压力100~130 MPa范围内燃料密度、耐久性、抗跌碎性达到1.01 g/cm^(3)、95%、98%以上,在含水率6.9%、温度84.5℃、压力130 MPa时为最佳成型参数组合;试验验证在此条件下成型的燃料密度、耐久性、抗跌碎性分别达到1.15 g/cm^(3)、98.5%和99.7%。样品在10、20、30K/min升温速率条件下综合燃烧特性指数分别为0.45、2.18、13.26×10^(-8)K^(3)/min^(2),即随升温速率的增大而增大。

基于定容燃烧弹的单孔主动预燃室几何参数对燃烧特性的影响研究

基于定容燃烧弹试验平台,采用燃烧可视化方法研究了预混式单孔主动预燃室的几何参数对预燃室点火特性的影响。在火焰发展初期的定压燃烧过程中,将从点火开始到火焰面积达到燃烧弹可视窗口面积一半所用的时间定义为初期火焰发展时间,作为衡量不同几何参数下主动预燃室点火效果的参考指标:在不同喷孔孔径(2.0~4.0 mm)、不同预燃室通道内径(3.0~5.5 mm)、不同下端开口角度(0°~75°)的试验条件下,初期火焰发展时间的最大差异分别为9.3 ms、6.8 ms、2.9 ms,最终得出3个几何参数对单孔主动预燃室点火效果的影响程度排序由大到小依次为喷孔孔径、预燃室通道内径、下端开口角度。

核心层厚度对聚乙烯基铝塑板燃烧特性影响研究

通过锥形量热仪研究了不同核心层厚度聚乙烯基铝塑板的燃烧特性。选用35、50、65、80 kW/m2共4种热流强度,得到不同核心层厚度铝塑板的点燃特性、火灾风险和烟气毒性等。结果发现:聚乙烯基铝塑板符合热薄型材料点燃规律,3、4、5 mm厚核心层铝塑板临界点燃热流强度的推导值分别为33.9、25.1、9.9 kW/m2。铝塑板燃烧的热释放速率随热流强度增加而明显增加,且有向双峰发展的趋势。随着热流强度和铝塑板核心层厚度增加,聚乙烯基铝塑板的火灾性能指数(FPI)由41迅速下降到0.14,火灾蔓延指数(FGI)则由0.02迅速增加到3.19,CO释放速率也迅速增大,导致火灾危险性大幅增加。

市政污泥的热解与燃烧特性及动力学

市政污泥的合理化处理可有效防治生态环境污染与水资源浪费,研究其热解处理技术对指导市政污泥的科学处治具有十分重要的意义。利用热重分析法分析了重庆5种典型市政污泥在不同升温速率下的热重法(thermogravimetric,TG)和微商热重法(derivative thermogravimetry,DTG)曲线演变规律,剖析了热解和燃烧条件下的挥发分析出特性指数D、综合燃烧特性指数、活化能、指前因子等参数的分布特征,揭示了其热解与燃烧特性及动力学规律。结果表明:5种市政污泥的挥发分和灰分的含量较高,而固定碳含量较低;随着升温速率的增加,不同污泥的综合热解性能和综合燃烧性能均越来越优异;综合所有升温速率下的热解和燃烧特性参数,土主和鱼洞污泥的综合热解性能最优,而唐家桥污泥的综合燃烧性能最佳。经过动力学分析,鱼洞污泥的热解过程平均活化能相比其他4种污泥更低,为112.34 kJ/mol,唐家桥污泥的燃烧过程平均活化能相比其他4种污泥更低,为67.46 kJ/mol,说明了鱼洞和唐家桥污泥分别具有优异的热解和燃烧特性。

硼基金属复合物的点火和燃烧特性研究进展

综述了近几年国内外硼基金属复合物点火和燃烧特性的最新研究进展,重点归纳了二元硼基金属复合物、三元硼基金属复合物和纳米硼基金属复合物的点火和燃烧研究现状,并对比了其优缺点,其中对二元硼基金属复合物的研究较为丰富,对三元硼基金属复合物的研究大多集中于制备方向,关于点火和燃烧特性研究较少,对纳米基金属复合物的点火燃烧机理尚不清楚。指出了硼基金属复合物未来的研究方向:(1)对于制备工艺较简单的二元硼基金属复合物,下一步应具体研究其工艺对产物性能的影响;(2)利用分子动力学和有限元分析的方法对其燃烧机理进一步分析;(3)关于纳米硼基金属复合物可考虑建立一种稳定悬浮液进一步探究其点火和燃烧机制。附参考文献71篇。

燃料燃烧特性及其对烧结烟气CO排放的影响

本文采用热重分析试验开展焦粉和洗精末的燃烧特性分析,随后通过烧结杯试验探究不同燃料结构和粒度分布下燃料的燃烧行为对烧结烟气中CO排放的影响,从烧结CO生成机理分析出发,深入解析了固体燃料在热解和燃烧过程中固体碳的反应机制,阐述了烧结燃料结构与粒度分布变化导致料层内部温度及氧势变化对燃料燃烧产生CO的不同影响。结果表明,随着洗精末比例的逐渐提高,烟气中CO体积分数逐渐上升,尤其在洗精末配比超过50%后,CO体积分数由2.12%显著上升到2.60%,燃料粒级分布改善后烟气中的CO体积分数有较明显的下降,降幅约为39.5%。因此,适当的增加烧结燃料中洗精末的配比再配合燃料粒度的提高可以有效降低烧结烟气中CO的排放。

船用天然气燃烧装置燃烧特性数值模拟

为了解决大型液化天然气运输船配套天然气燃烧装置设计制造技术国产化的瓶颈问题,明晰其计算方法和机理,通过数值模拟方法,研究某天然气燃烧装置的流动和燃烧特性。分析了中心风入口结构、折算过量空气系数对装置内速度场、最高温度、出口温度以及组分分布的影响,确定天然气燃烧装置的最优结构和运行参数,在及时点火而且清洁燃烧的同时保证装置的冷却效果。研究结果表明:装置结构决定辅助风与中心风的配风比,配风比随中心风入口截面积的增大而减小;当中心风入口截面积小于0.45 m^(2)时,配风比大于14.27,可以点火燃烧;当中心风入口截面积大于0.5 m^(2)时,配风比小于13,装置不能着火;随着中心风入口截面积的增大,最高温度逐渐降低,出口CO浓度先增大后减小;装置结构不变时,随着折算过量空气系数的增大,天然气燃烧装置的最高温度和NO浓度先增大后减小,平均温度和出口排烟温度呈线性降低;中心风入口截面积为0.45 m^(2)、过量空气系数为7.0是最优设计结构和最优运行工况,能有效降低装置内燃烧最高温度和出口NO等浓度。研究结果可为天然气燃烧装置国产化设计、运行和优化提供一定理论指导。