当量比分层压燃的火焰发展特性与控制机制

针对柴油机当量比分层充量压缩着火的可控性问题,基于OpenFOAM平台构建了一维分层充量自燃及火焰发展的理论模型,在压力为6MPa、温度为850 K工况条件下,研究了当量比分层压缩燃烧过程的基本特征和控制机制,以及当量比分层策略对燃烧过程的调控作用.结果表明:当量比分层压燃早期的组分扩散对化学反应影响较大,中期主要受化学反应和压力波耦合后的共同控制,而后期化学反应和压力波解耦,主要受化学反应控制,压力波影响较小;小负荷工况(整体当量比为0.3)下通过组织合理的充量分层可以使50%放热对应的时间从1.312 ms缩短到0.685 ms,燃烧速度提高近1倍,而大负荷工况(整体当量比为0.7)下可以通过部分分层策略将50%放热对应的时间从0.357 ms延长到0.477 ms.

预热空气当量比对循环流化床掺混煤泥预热燃烧的影响

煤泥灰含量大、颗粒细、热值低,煤泥的高效清洁燃烧是固废资源化利用的重要方式之一。采用煤粉流态化预热耦合循环流化床燃烧技术,在30 kW预热燃烧综合评价试验台上,控制煤泥掺混比、给料量、还原区当量比、二/三次风比例及过剩空气系数等参数不变,并借助煤气分析仪和烟气分析仪等测量仪器,开展了循环流化床烟煤掺混煤泥的预热燃烧试验。结果表明,循环流化床预热燃烧系统运行稳定可靠,预热温度800℃以上,预热燃料可持续稳定输送到循环流化床中;烟煤掺混高灰分的煤泥,循环灰量增加,循环流化床燃烧室温差小,温度均匀;预热空气当量比由0.36增至0.51时,预热器内温度增加,预热煤气中CO_(2)、HCN体积分数增加,CO、H_(2)、CH_(4)及NH_(3)体积分数降低,煤气热值由2.02 MJ/m^(3)降至1.49 MJ/m^(3);且随着预热空气当量比的增加,循环流化床燃烧室沿程NO体积分数增加,CO体积分数底部高、上部低,NO_(x)排放量由172 mg/m^(3)增至242 mg/m^(3)(6%O_(2)),可见,较低预热当量比有利于烟煤掺混煤泥的高效清洁燃烧。研究结果可为煤泥的高效燃烧利用提供新型技术路线和数据支持。

非均匀当量比对旋转爆震燃烧室性能影响的三维数值模拟研究

为研究入口当量比的不均匀分布对旋转爆震燃烧室性能的影响,建立了当量比在入口环缝的径向或周向的函数模型,将模型公式代入组分质量分数与当量比的关系式,得到组分质量分数在径向或周向的分布函数。通过Fluent软件中的自定义函数工具,构造入口边界组分的分布函数,利用三维瞬态欧拉方程模拟了C_(10)H_(22)/air旋转爆震燃烧室中爆震波的传播过程及流场特性,对比了不同当量比分布下爆震波及旋转爆震燃烧室性能参数的变化特征。结果表明:入口当量比的不均匀分布会影响爆震波的传播特性;当量比为0.4~1.6且沿径向非均匀分布时,随着入口面中线位置当量比的增大,爆震波的高度减小;当量比为0.4~1.6且沿周向非均匀分布时,随着变化周期数的增加,爆震波的高度几乎不受影响;当量比的不均匀分布会削弱旋转爆震燃烧室的增压效果和温升效果,沿径向不均匀分布的情况相较于沿周向不均匀分布的情况,影响更明显;旋转爆震燃烧室内,爆震波的诱导和反应区并非严格位于前导激波的正后方,而是位于前导激波的斜后方,且在曲率的影响下,在靠近燃烧室外壁面的区域,前导激波沿中径圆柱面的圆周线传播。

玉米与大豆间作对干物质累积分配、产量相对竞争 及土地当量比的影响

为充分利用光热水肥土资源,间作是提高单位土地面积生产力、作物产量和经济效益的一种重要种植方式。设置了玉米与大豆间作行比M4S6(4∶6)、M2S4(2∶4)、M4S4(4∶4),玉米单作(MCK)与大豆单作(SCK)5种种植模式,研究了玉米与大豆间作对干物质累积分配、产量相对竞争及土地当量比的影响。结果表明:不同生育时期间作处理玉米干物质累积均大于单作玉米,M4S6、M2S4大豆干物质累积高于单作大豆。间作处理营养干物质输出量均大于单作,玉米与大豆间作处理显著增加了营养干物质的输出量,呈现处理M2S4>M4S6>M4S4>CK,玉米与大豆间作其输出率低于贡献率,间作玉米的输出率低于大豆,而贡献率显著高于大豆。玉米间作处理雌穗分配比重显著大于单作处理,处理M4S6显著提高雌穗干物质分配比重,结荚期间作处理大豆干物质向豆荚分配比重低于单作处理,成熟期豆荚干物质分配比重显著升高,处理M4S6豆荚干物质分配比重最大。处理M2S4、M4S6、M4S4玉米产量分别为单作玉米MCK的70.81%、84.58%、66.33%,大豆产量分别为单作大豆SCK的9.89%、17.97%、14.18%,处理M4S4产量相对竞争优势极强,处理M4S6、M2S4比M4S4竞争优势显著减弱,处理M4S6、M2S4、M4S4的产量土地当量比LER均大于1,处理M4S6产量土地当量比最大,其次是M2S4,处理M4S6、M2S4比M4S4产量土地当量比分别增加了19.42%、12.62%。处理M4S6、M2S4经济效益比单作玉米MCK分别增加了19.41%、15.75%,比单作大豆分别增加了113.01%、106.47%。整体上,相较其它间作处理,M4S6是最有益于挖掘玉米与大豆间作优势,提高土地生产力的间作模式。

点火时刻和当量比对氢内燃机爆震的影响研究

基于一台单缸进气道燃油喷射(PFI)氢内燃机实验平台,开展了点火时刻和当量比对爆震特性的影响研究,探究了氢内燃机不同异常燃烧现象的相互作用及循环间影响.研究结果表明:从0°CA开始,随着点火正时的提前,爆震概率呈先增后减趋势,且点火时刻对爆震强度的影响取决于当量比.当量比较小时,爆震强度随点火时刻的提前先增大后减小,在-10°CA~-5°CA点火时爆震强度最大.当量比较大时,氢内燃机爆震强度随点火时刻的提前整体呈现增大趋势.爆震强度对当量比的变化更加敏感,增大当量比使氢内燃机爆震强度及爆震概率均显著升高.分析不正常燃烧之间相互作用关系发现,爆震强度随早燃时刻的提前先增大后减小,于-15°CA~-10°CA区间达到最大.早燃使得燃烧过程发生在压缩末期,进而使得氢内燃机爆震强度增大,但早燃与超级爆震并不一定关联.对循环间不正常燃烧相互作用关系研究表明,氢内燃机的异常燃烧连续循环存在相互影响.早燃、回火、常规爆震的叠加作用可以促使超级爆震的产生,超级爆震对壁面边界层的严重破坏及剧烈的热量释放会促使下一个循环早燃及回火的发生.研究结果有助于深入理解PFI氢内燃机爆震特性并为爆震抑制方法的研究提供重要理论指导.

不同施氮量下玉米花生间作不同玉米行对土地当量比和产量贡献的研究

评价不同施氮量下玉米花生间作系统中作物种间互作对不同行玉米生长发育、干物质积累、产量及其构成因素的影响。于2019—2020年,利用长期定位微区试验,设置3个施氮量(N0:0 kg·hm^(-2)、N150:150 kg·hm^(-2)、N300:300 kg·hm^(-2))处理和2种种植模式(玉米花生间作:IM、玉米单作:SM),以玉米为研究对象,分析间作系统中不同行玉米竞争优势、土地当量比、干物质积累及产量对施氮量的响应。在间作系统中玉米的竞争能力显著强于花生,但毗邻花生带的玉米行(IM1)与远离行(IM2)间无显著差异。玉米花生间作土地当量比大于1,土地生产力提高15%~23%,具有间作优势;而随着施氮量增加,玉米竞争能力增强。间作显著增加了玉米产量,IM1产量较SM处理增幅为37.8%~65.3%,IM2较SM处理增幅26.4%~56.1%,2019年氮肥施用量为150 kg·hm^(-2)时玉米土地当量比表现出边行效应。玉米产量变化趋势为N150>N300>N0。施氮可增加玉米穗粒数和千粒重。间作通过影响成穗数和穗粒数来影响产量,而氮肥通过影响穗粒数来影响产量。间作玉米氮肥农学效率比单作玉米提高92.4%;N300的玉米氮肥农学效率比N150低60.4%。在玉米花生间作系统中,适宜施氮量(150 kg·hm^(-2))下间作可显著促进玉米生长发育、干物质积累,提高玉米产量和氮肥农学效率,表现出产量边行效应,但并没有表现出氮肥利用边行效应。

不同铬镍当量比对2304双相不锈钢冷轧板组织的影响

采用EBSD研究了不同镍铬当量比对2304双相不锈钢冷轧板组织的影响。结果表明:2304双相不锈钢冷轧板组织延着轧制方向被拉长,试样中铁素体与奥氏体分布均匀。2304双相不锈钢铬镍当量比大,冷轧板组织中铁素体相比例高;铬镍当量比小,组织中铁素体相比例低。

弱约束条件下当量比对氢气爆燃特性的影响

为研究弱约束条件下氢气/空气预混气体的燃爆特性,以乳胶气球为反应容器开展了氢气爆炸实验,结合Chemkin模拟和改进的比色测温技术,研究了当量比对氢气/空气预混气体火焰传播形态、温度场分布、火焰速度及爆炸压力等特征参数的影响。实验结果表明:任一当量比下的OH自由基摩尔分数在达到最大值后会显著降低,这导致火焰传播时亮度先增强后减弱;随着火焰的传播,火球形成了中心温度低、边缘温度高的温度场分布结构;氢气/空气预混气体的爆炸火焰传播速度呈振荡分布;峰值超压和冲击波强度随当量比的增加呈先增大后减小的趋势,当量比为1.00时爆炸超压和冲击波强度达到最大值。

射流喷嘴角度和当量比对轴向分级燃烧室中预混反应射流的影响

针对燃料轴向分级模型燃烧室进行了热态数值模拟,分析了射流喷嘴角度和当量比对模型燃烧室的速度场、温度场、停留时间、湍动能分布以及污染物排放量的影响。结果表明:随着射流当量比的增加,除45°外,射流喷嘴角度为90°和135°时射流喷嘴下游均有明显的回流产生,烟气在燃烧室中的停留时间增加;随着射流喷嘴角度的减小,一级燃烧区停留时间增加,二级燃烧区停留时间减少,但总停留时间增加;随着射流喷嘴角度和射流当量比的增大,燃烧室中高湍动能区域扩大;与90°和135°相比,在45°射流角度下,射流当量比较低时NOx质量分数较高,说明在一定的工况下射流角度为45°时NOx排放特性更低。

当量比对甲烷预混低旋流燃烧的影响

通过实验和数值模拟的方法研究了甲烷/空气预混低旋流燃烧的流场结构及当量比对甲烷低旋流燃烧的影响．结果表明，甲烷/空气预混低旋流气流在喷嘴出口处扩张，形成有利于燃烧稳定的低速区；预混火焰“悬浮”于喷嘴上方，在剪切区的内侧，火焰呈 W 型；富燃时，随着当量比的增加，火焰的推举高度略有增加；甲烷/空气预混低旋流流场具有自相似性，无量纲轴向速度的径向分布几乎不受当量比的影响．同时，燃烧室出口的温度随着当量比的增加而增加，并且在当量比为0.8～1.4时变化较为明显，当量比超过1.4后，增加趋势变缓．

两段式秸秆气化炉中当量比对气化特性的影响

中国拥有大量的农林废弃物生物资源，因此开发以村为单位的生物质能量转化系统前景广阔。该文介绍上海交通大学研制的两段式秸秆气化炉的创新结构，并通过该两段式气化炉研究了当量比龟。对气化炉主要性能参数的影响。结果表明：在实验工况下，最佳当量比为0．3-0．35，此时秸秆气化气平均热值可达6009．7kJ/m3，产气率为1．84m3/kg，碳转化率为91．3％，气化效率为84．6％。当0．25〈εER〈O．3时，焦油含量随晚R的增大而减少，但εER〉0.3时，焦油含量又呈上升趋势。

化学当量比对旋流燃烧器热声不稳定特性的影响

为探索旋流燃烧器内热声不稳定的产生机理，搭建了可调型旋流燃烧器热声不稳定试验台架。旋流燃烧器采用燃料风、直流二次风、旋流二次风和高动量三次风的配风结构，燃料风管直径与燃烧腔直径比为0．25。试验测量了旋流燃烧器的温度分布和脉动压力，发现旋流燃烧器热声不稳定的脉动压力可达450Pa，压力幅值随着化学当量比的增大而减小；第1阶共振频率介于187-261Hz之间，随着化学当量比的增大先是减小，随后有一跃升过程，跃升之后随着化学当量比的增大而缓慢增大；第3阶共振频率介于717-805Hz之间；第5阶共振频率介于1178-1326Hz之间，第3阶和第5阶共振频率随着化学当量比的增大而缓慢增大；旋流燃烧器的燃烧火焰面随着化学当量比的增加而不断上移，最高燃烧温度可达1450K。

当量比和反应物混合模式对无焰燃烧的影响

给出空气和燃料在3种初始混合模式（非预混、部分预混和完全预混）下无焰燃烧的实验结果，介绍了无焰燃烧的实现方法，研究当量比和初始混合模式对无焰燃烧的影响。实验炉在功率为7.5~15 kW下运行，当量比的变化范围为0.5~1。实验结果表明，无焰燃烧状态一旦建立则很稳定，很容易维持。无论是预混、非预混还是部分预混燃烧，其炉温差别不大，CO和NOx排放低。当量比接近1时，虽然炉内仍处于无焰燃烧状态且NOx排放量少，但CO和H2排放量都极多，此时并不是清洁燃烧。当量比小于0.98时，3种混合模式下烟气中的CO和H2含量都极低，但部分预混无焰燃烧产生的NOx排放量相对较多，而完全预混无焰燃烧的NOx排放量最低。文中还对当量比对NOx排放量的影响进行了详细分析。

引燃柴油量和当量比对双燃料发动机低负荷燃烧的影响

定义了放热率曲线的"时序系数",以表征燃烧过程的时序特征.试验表明:引燃柴油量相同时,随着当量比增加,热效率先升高后降低;总碳氢(THC)排放降低;滞燃期延长;燃烧重心先接近上止点后远离上止点;第一放热率峰值先出现在燃烧始点附近,然后接近燃烧重心;第二放热率峰值逐渐与第一放热率峰值"合二为一",且两者均先升高后降低;"时序系数"增加,时序特征愈加不明显.当量比相同时,随着引燃柴油量增加,热效率升高;燃烧相位前移;放热速率加快.另外,随着引燃柴油量增加,在较低当量比时THC明显降低,但在较高当量比时却没有明显变化.

声场作用下甲烷部分预混火焰不同当量比和流速对NO_x生成的影响

采用Rijke型脉动燃烧试验台,利用火焰直拍图像、NOx采集系统,对声场作用下甲烷部分预混火焰在不同当量比和流速下的NOx生成特性进行了比较和分析。结果表明,随着当量比的增大,在3.3-4处NO排放因子（NOemissionindex,EINO）出现拐点EI,当量比小于EI时,EINO随当量比的增大而先增后减;当量比大于EI时,EINO随当量比的增大而增大。当量比在2-4时,混合气流速对EINO的影响较小;当量比大于4时,EINO随着流速的增加而增加,但相对于稳态燃烧,EINO随流速增加的速率明显减小,原因在于,流速的增大致使火焰长度增加,燃料在高温区域停留时间变大,而相对于稳态火焰,脉动声场的作用使火焰长度变短。

甲烷与空气质量浓度当量比对火焰结构及传播特性的影响

为研究受限空间内甲烷与空气预混气体火焰结构及传播速度特性,建立小尺寸开口管道燃烧爆炸试验平台。采用高速纹影摄像技术,研究甲烷与空气质量浓度当量比对甲烷预混气体火焰在开口管道内传播结构的影响。根据离子探针技术监测燃烧反应区的离子产物浓度变化,分析燃烧反应区特性。试验结果表明:火焰结构受甲烷/空气预混气体中甲烷的质量浓度当量比的影响较大,在贫燃或富燃条件下,火焰阵面受湍流和浮力的作用效果明显,火焰结构发生不规则变化;甲烷/空气质量浓度当量比达到1.06时,预混气体充分燃烧,火焰传播速度较快,预热区厚度达到最小值,火焰传播速度与预热区厚度存在此消彼长的变化趋势。甲烷与空气预混气体发生完全燃烧时,火焰传播速度较快,引发火灾的危害性较大,降低或增大甲烷浓度均可使燃烧反应不充分,有助于降低危险性。

胺/环氧当量比对固化环氧树脂性能的影响

研究了在不同胺 /环氧当量比时环氧树脂的固化放热曲线 ,测定了树脂的固化度、密度和玻璃化温度 Tg。实验发现随当量比的增加 ,固化度和密度增加 ,在等当点时 ,其 Tg 最高 ;密度和固化程度随当量比的变化可运用组装密度的概念很好地解释 ,而 Tg

当量比对涡轮叶间燃烧性能影响的数值模拟

为探究涡轮叶间燃烧性能,设计了4种不同当量比的工况,利用FLUENT软件的Realizable k-ε湍流模型、PDF燃烧模型、DO辐射模型和离散相模型对燃烧室的流动及燃烧进行数值模拟.结果表明:燃烧室能在广泛的当量比(2.59～0.81)下保持性能稳定,燃烧效率保持在96%以上、总压损失低于2.4%,气体温度提高650,K左右;降低当量比,能够提高燃烧效率,降低CO、UHC、NOx等污染物排放,改善温度分布,但会造成更大的总压损失;最优当量比等于1.00,此时燃烧效率在99.95%以上,总压损失相对低(1.5%),出口径向温度呈抛物线型分布,最适合燃烧室设计.与文献对比发现,选取的工况合理,其结果对涡轮叶间燃烧室设计具有参考价值.

甲烷/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟微观结构和氧化活性的影响

基于甲烷/氧气预混火焰燃烧系统及毛细管取样装置和热泳取样装置,结合高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱仪(RS)及热重分析仪(TGA),研究了燃空当量比对碳烟的微观结构及氧化活性的影响规律,并对微晶长度、石墨化程度与表观活化能之间的关联性进行了分析.结果表明:随着燃空当量比的增大,碳烟颗粒的微晶尺寸增大,而微晶曲率和层间距均减小,AG/AD1的值增大,表明随着燃空当量比的增大,碳烟的微观结构变得更加有序,石墨化程度更高;碳烟的氧化特征温度和表观活化能均随着燃空当量比增大而增大,表明碳烟的氧化活性随着燃空当量比增大而降低;碳烟的微晶长度、石墨化程度与表观活化能呈现较好的线性关系,碳烟的微观结构越有序,石墨化程度越高,氧化活性越低.

氢气/空气当量比对微燃烧器燃烧特性的影响

以美国麻省理工学院(MIT)研制的硅基六晶片微燃烧器为研究对象,采用考虑了基元反应动力学机理燃烧程序的二维计算流体动力学(CFD)数值分析方法,研究了在微尺度燃烧器入口处混合气体流量不变的情况下,改变氢气/空气当量比对微尺度燃烧器燃烧特性的影响。整个模拟计算主要包括混合气体的流动路径、微燃烧器的内部区域以及整个燃烧器的墙壁面;计算过程中考虑了氢气/空气的流体动力学特性、传热学特性和详细的基元反应机理。计算结果显示,当氢气/空气当量比为0.4时,燃烧器发生熄火;当量比为0.5、0.6时,燃烧器内部能维持稳定燃烧;当量比为0.7时,燃烧器的微细通道内出现回燃现象。结果表明,利用二维CFD数值模拟的方法研究微尺度燃烧器燃烧特性是可行的。