一种基于虚拟组分的燃烧调控化学作用量化及分析方法研究

针对会发生自身反应的添加剂的燃烧调控化学作用的量化方法仍不够完善的难题,提出了一种基于虚拟组分的燃烧调控化学作用量化及分析的新方法。通过设置虚拟组分,将添加剂反应过程中活性基池的自由基作用和放热作用解耦。提出将添加剂的化学作用分为反应热-温度作用和反应-活性基作用,并给出了相应的数学表达式。基于提出的新方法,分别选取全氟己酮和氢气作为添加剂加入甲烷火焰的两个典型工况进行量化研究。结果表明该方法能有效地量化卤代烃灭火剂的燃烧加强作用及抑制作用和氢气的促进作用,配合敏感性分析方法可有效分析影响调控作用的反应路径。提出的方法为分析添加剂促燃/抑制机理提供了新的分析手段,也为下一代新型燃烧添加剂的筛选和开发奠定了理论基础。

异辛烷燃烧过程的声场激励调控特性

从宏观与微观层面分析了超声波对异辛烷燃烧的调控作用机理,利用发动机台架试验验证了原机三维燃烧数值模拟模型,基于燃烧室内物理嵌入动网格声源面方法,实现将20 kHz振幅为300μm超声波成功馈入燃烧室.将有、无超声波馈入燃烧室的工作缸压差值作为超声辐射压力扰动,研究了超声场激励对异辛烷的着火延迟期、中间反应组分及敏感性的影响特性.通过对比分析超声馈入方案S_(1)~S_(3)及无超声馈入方案S_(0),结果表明:S_(1)~S_(3)方案均使燃烧相位得以提前,S_(2)和S_(3)中C_(3)H_(6)、IC_(4)H_(8)和C_(2)H_(4)的峰值摩尔分数分别提升42.1%、24.7%、27.5%和21.5%、9.6%、5.3%,且两者异辛烷燃尽时间均提前0.18 s.当量比为1且初始温度分别为1300 K和1700 K时,着火延迟期分别缩短31.8%和6.4%,且均促进了OH自由基的大量生成.

等离子体旋流器调控燃烧的机理分析

为增强燃烧的稳定性,提出了利用等离子体旋流器调控燃烧的新概念。等离子体旋流器由多对交错布置在燃烧器扩张段或喷嘴出口段上的电极组成,通过电离空气产生活性自由基,同时能够促进空气旋流,从而起到促进燃烧和增强燃烧稳定性作用。实验中利用平面激光诱导荧光测试系统观测到随着等离子激励功率的增强,火焰反应区逐步变宽,燃烧反应更加完全、稳定,研究表明,等离子体旋流器设计思路可行。分析了等离子体旋流器的优点,通过数值模拟研究了等离子体旋流器作用下的流场特点,将等离子体旋流器的作用机理归纳为旋流效应、化学效应和热效应。

叠氮类热塑性弹性体对模压可燃药筒燃烧性能的影响

为降低模压可燃药筒的初始燃烧速度,采用叠氮类热塑性弹性体BAMO/AMMO和BAMO/GAP分别对模压可燃药筒进行表面涂覆处理,并通过密闭爆发器试验及抗拉强度试验,研究了两种叠氮热塑性弹性体对可燃药筒定容燃烧性能和力学性能的影响。结果表明,经BAMO/AMMO和BAMO/GAP处理后的药筒在高温(50±2)℃、常温(25±2)℃及低温(-40±2)℃下密闭燃烧结束时间明显延长,燃烧初始速度和最大压力梯度下降;燃烧残渣质量相当,火药力和常温力学强度略微下降;常温下,BAMO/AMMO和BAMO/GAP涂覆的药筒燃烧结束时间较未处理药筒分别延长134%和22%,最大压力梯度分别降低52.3%和5.1%,表明用BAMO/AMMO和BAMO/GAP对可燃药筒进行表面处理,可有效降低药筒的初始燃气生成速率;常温下,BAMO/AMMO处理药筒和BAMO/GAP处理药筒的抗拉强度分别为25.82和26.46MPa,与未处理药筒相比力学性能略微下降。

面向先进燃气轮机的燃烧激光诊断及反应调控研究进展

燃气轮机广泛应用于能源领域,在未来综合能源系统中作为多能互补灵活调峰手段将发挥关键作用。在“双碳”目标牵引下,燃气轮机燃烧室未来继续向高效、清洁、低碳和燃料灵活方向发展,先进低污染燃烧技术及低碳燃烧技术研发需求更加紧迫。为此,需要深入认识复杂流动与化学反应相互耦合的湍流燃烧过程,并针对氢气、氨气等低碳燃料发展激光诊断和燃烧调控方法。本文在综述燃气轮机燃烧技术的发展趋势、研究挑战及需求的基础上,从燃气轮机燃烧激光诊断和反应调控两个方面详细回顾了国内外研究现状和进展,最后展望了燃气轮机燃烧激光诊断和反应调控的未来研究方向。本综述对未来先进燃气轮机低碳燃烧技术研发和基础研究工作具有指导意义。

非稳态超声速燃烧电激励调控技术研究进展

点火、燃烧振荡、火焰闪回和火焰吹熄等非稳态超声速燃烧现象是影响超燃冲压发动机高效燃烧组织的关键因素。实现非稳态超声速燃烧的主动实时调控对发动机的可靠鲁棒工作至关重要,是使超燃冲压发动机进一步走向实用化所必须解决的问题。综述了非稳态超声速燃烧电激励调控技术的研究进展,分析和探讨了电激励强化点火、电激励调控燃烧模态、电激励抑制燃烧振荡和火焰闪回、电激励拓宽火焰稳定极限与助燃等作用机制和应用效果,并对非稳态超声速燃烧电激励调控技术的未来发展趋势进行了展望,为后续开展电激励调控非稳态超声速燃烧研究工作提供了参考和借鉴。

发动机燃烧定向调控理论、方法和技术

发动机高效清洁低碳(零碳)燃烧是动力装置实现“双碳”目标的重要途径,也是发动机燃烧技术的发展目标.传统发动机燃烧调控是宏观物理调控,仅能实现燃烧相位等有限参数控制;燃烧定向调控是微观化学调控,可实现对燃烧全过程和细观反应路径精准控制.基于燃烧定向调控理论,提出了活性组分介入着火调控方法、燃料掺氢火焰速度调控方法和燃料补氧反应路径调控方法,并在天然气掺氢发动机、柴油发动机实际运行中得到有效验证,实现了发动机高效清洁低碳燃烧.发展了燃料燃烧反应关键连载体OH自由基浓度时程的定量诊断方法,支撑了对燃烧定向调控理论微观机理深入认识.本文还提出了燃烧定向调控理论指导下的零碳燃料发动机研究构架.

氨滑动弧等离子体激励的数值建模

在双碳背景下,氨的使用及其燃烧难题的解决受到国内外学者的重视。针对改善氨燃烧问题,研究了二维流体动力学-零维反应动力学-燃烧动力学思路,分析了滑动弧等离子体条件下氨的裂解和燃烧特性。利用COMSOL计算软件建立了考虑电磁的二维流体计算模型,研究了滑动弧在反应器中的演化;建立了适用于氨的零维滑动弧模型,研究了滑动弧中全电离-转捩-非平衡3个阶段的温度和组分演化规律;利用CHEMKIN计算软件建立了燃烧模型,评估了等离子体对NH_(3)/air混合气燃烧特性的影响,此外对在混合气中添加CH_(4)进行了分析。结果表明,等离子体能够促进氨的裂解,降低氨的点火延迟时间,并且提高其层流燃烧速度,但是在混合气中将部分等离子体条件下的NH_(3)替换为CH_(4)后,整体燃烧效果有所下降。

氨掺混丙烷氧化和氮氧化物排放实验及动力学机理

为了研究活性碳氢燃料对氨燃烧以及氮氧化物排放的调控作用,首先,在常压、800~1 250 K下,利用射流搅拌反应器(JSR)开展氨掺混丙烷的氧化实验,测量了氨气掺混体积分数为0.5,丙烷在当量比分别为0.5,1.0和2.0条件下关键物种的摩尔分数随温度的变化曲线;其次,通过误差函数统计法,构建了NUIG-ZHANG模型;最后,基于实验数据和NUIG-ZHANG模型开展了详细的氨氧化和NO生成的关键反应动力学分析。研究结果表明:NUIG-ZHANG模型能够准确预测氨掺混丙烷氧化的实验结果。丙烷被氧化后生成HCO,C_(2)H_(5)和IC_(3)H_(7)等自由基,通过后续反应生成HO_(2)和OH自由基,促进了氨燃烧;NO的生成趋势非单调,随着温度上升先增大后减小,最后增大;当温度为800~1 050 K时,NO的生成路径分支占比先上升后降低,而NO的消耗路径分支占比先降低后升高,因此NO呈现先上升后下降的趋势;当温度为1 100 K以上时,关键反应中涉及的NH_(2),NH,HNO,H,OH和O自由基的摩尔分数增加,因此NO的摩尔分数随着温度升高而增加。

利用等离子体旋流器调控旋流扩散火焰

阐述了等离子体旋流器的设计思路,并通过实验验证利用等离子体旋流器调控旋流扩散火焰的可行性.等离子体旋流器由多对交错布置在燃烧器扩张段两侧的电极组成,通过电离空气产生活性自由基,同时能够促进空气旋流,可以起到增强燃烧稳定性作用.实验中利用平面激光诱导荧光测试系统观测到随着等离子激励功率的增强,火焰反应区逐步变宽,这表明等离子体旋流器起到了调控旋流扩散火焰的作用,等离子体旋流器的设计思路可行.