低NO_(x)燃烧过程中H_(2)S生成的化学反应动力学分析

针对低NO_(x)燃烧技术在燃煤锅炉应用中容易促进硫化氢的产生,进而加剧高温腐蚀的现象,采用化学动力学分析方法对H_(2)S详细反应机理进行分析,研究不同气氛和温度条件下,含硫气相物质的主要反应路径及其生成速率.结果表明:基元反应H_(2)S+H=SH+H_(2)在反应初期对H_(2)S的分解过程起主要作用,自由基SH与H2S发生快速转化.同时NO也会对H_(2)S生成起到抑制作用,主要是基元反应SH+NO=SN+OH与SN+NO=N_(2)+SO产生的氧化性物质所导致.在过量空气系数α≤1时,H2S体积分数随着温度的增加而减少.沿反应器轴向,H2S体积分数先减小后增加,随着温度的降低反应器出口H2S体积分数大幅增加,在1400℃、1300℃、1200℃、1100℃时,体积分数分别增加约15.93×10^(-6)、57.90×10^(-6)、173.20×10^(-6)、328×10^(-6).

C_1～C_4烷烃混合气体热爆燃的简化机理与分析

为了探索油气在受限空间热爆燃发生的化学反应机理,以CHEMICAL4.1为平台,分析了C1-C4烷烃混合气体热爆燃过程的系统温度、主要组分浓度和中间产物生成率的变化规律。通过敏感性分析、生成速率分析和路径分析等方法,简化了C1-C4烷烃混合气体的详细机理,得到了一个包含37种组分、80个基元反应组成的简化机理,并进行了对比验证。在反应机理上印证了气体热爆燃过程存在缓慢氧化、快速氧化和反应平衡3个阶段。发现与超氧化氢和过氧化氢有关的基元反应是热爆燃发生的关键反应,而大量产生的氢基和羟基最终导致了热爆燃的发生。

混合放电臭氧发生的反应动力学模拟

为揭示混合放电臭氧高效发生机理,从反应动力学出发,采用CHEMKIN中Plasma PSR模块对混合放电臭氧发生的反应动力学进行了模拟,并作了敏感性分析和ROP分析,模拟结果与实验结果较相符。模拟结果表明气体压力、气体进口温度、气源流量的减小都有利于臭氧浓度的提高;比能的适当增加有利于臭氧的产生,过大则不利于臭氧合成。由反应路径图得到对臭氧合成的重要组分有O、O(1D)、O_2(b^1∑),并从微观动力学角度进一步验证和说明比能不能过大,因为臭氧前驱物氧原子的最主要途径E+O_2=>O+O+E随着比能和温度的增加,其对臭氧合成的影响下降。另外O(1D)、O_2(b^1∑)以及过多的O的存在不利于臭氧的产生。

低压富燃预混甲苯火焰的动力学模型研究

发展了包含209个物种和1139个反应的甲苯燃烧模型,并对甲苯在4.0kPa下的富燃预混火焰的化学结构进行了数值模拟.结果表明本模型能够很好地预测主要火焰物种以及与甲苯向最终产物演化过程相关的中间体的浓度变化.通过生成速率分析和敏感度分析,得到了在富燃火焰条件下甲苯分解和氧化的主要路径.结果显示,甲苯在富燃火焰中主要分解为苄基、苯和苯基,而它们又经过解离或氧化过程进一步生成环戊二烯基和炔丙基,并最终生成一氧化碳.

煤粉燃烧过程中CH_(i)官能团对含硫组分演化的作用机理

煤粉燃烧过程中,CH_(i)官能团对含硫组分的演化有重要影响。为从自由基层面阐明这一作用机理,该文构建相应的详细反应机理模型,包含45种组分和149个基元反应。该模型预测的含硫组分浓度分布与实验值的最大相对误差为12.8%。敏感性分析表明,C_(2)H_(2)一方面促进自由基SO转化为COS,抑制H_(2)S的生成;另一方面促进SO转化为CS/CS_(2),有利于H_(2)S和CS_(2)的生成。两条路径存在明显竞争关系。另外,CHi官能团对SO_(2)的生成几乎没有影响。生成速率分析表明,CH_(3)和CH_(4)分别促进CS和S转化为自由基SH,C_(2)H_(2)促进SO转化为COS,但CHi官能团对SO_(2)生成的关键自由基HOSO几乎没有影响。

煤粉富燃料燃烧过程中气态含S组分的详细化学动力学模拟

采用低NO_x燃烧技术的煤粉炉通常会产生高浓度的H_2S,这是高温腐蚀的主要原因之一。准确地预测含S组分(尤其是H_2S)在煤粉燃烧过程中的演化行为,对煤粉炉的设计和运行具有非常重要的意义。在前人研究的基础上,提出了一个比较准确的含S组分详细反应机理,其预测结果和课题组先前的实验数据基本相符。进行生成速率分析后,可以确定影响含S组分生成或消耗的关键基元反应,进而为高温腐蚀的防治提供一定的理论帮助。

对异十六烷详细机理的简化研究

异十六烷作为一种异构烷烃,常用作构建模型燃料模拟汽车发动机的实际燃油来分析发动机的燃烧或排放特性。利用包含误差传播的直接关系图法(DRGEP)对异十六烷反应机理进行初步简化;利用生成/消耗速率分析法(ROP)对反应机理进行二次简化,分析各组分反应速率并删除次要组分及其参与的次要反应,并通过粒子群算法优化敏感反应的参数来减小ROP简化后的模拟结果偏差;采用敏感性分析法(SA)对反应机理进一步简化,分析对三种反应器的重要反应,并分别以自定义阈值删除目标参数的次要反应或补充重要反应,最终得到83组分299步反应的异十六烷简化机理。结果表明,简化后的机理在描述异十六烷与空气燃烧过程的滞燃期、反应物和产物的组分浓度演变历程以及火焰传播速度方面具有和详细机理相当的计算精度。

CH4-H2混合燃料在HCCI中燃烧的数值模拟

为了研究初始参数对不同掺氢比CH4-H2混合燃料的均质压燃(HCCI)燃烧性能的影响,采用燃烧软件包Chemkin进行了数值模拟,并利用生成速率(ROP)分析法研究了掺氢比和过量空气系数对NO排放主导机理的影响.研究表明,掺氢比、压缩比、进气温度、空气过量系数通过影响发动机内的温度继而影响NOx排放;高掺氢比时可以通过适当降低压缩比和进气温度并增大空气过量系数从而控制NOx的排放.分析表明,掺氢比增大,热力型机理贡献率随之增大,占主导地位;过量空气系数增大,热力型机理贡献率减弱,N2O中间体机理贡献率增大,过量空气系数为2.5时,两种机理的主导地位大致相当.

天然气简化反应机理构建与验证

采用6种详细反应机理对多工况条件下天然气的着火延迟时间、层流燃烧速度以及氧化过程中主要组分摩尔分数进行了数值计算,并与相应试验数据进行了对比分析。结果表明:相比于其他5种详细反应机理,Aramco 2.0机理在天然气的着火延迟、层流燃烧以及氧化特性的预测上精度最高。基于Aramco 2.0机理,通过路径敏感性分析、生成速率分析与反应路径分析,形成了天然气(CH_(4)/C_(2)H_(6)/C_(3)H_(8))的初始简化机理(包含21种组分、150个反应);同时,基于解耦法,耦合初始简化反应机理中的C_(1)~C_(3)反应机理、H_(2)/CO详细反应机理和NOx简化反应机理,构建了天然气的简化反应机理(包含40种组分、189个反应)。通过与相应试验数据的对比发现,该简化反应机理能很好地预测多工况条件下天然气的着火延迟、层流燃烧与氧化特性。

乙基苯低压预混火焰动力学模型研究

本文报道了我们发展的一个包含176个物种和806个反应的乙基苯火焰模型,用于模拟4.0 kPa压力下的富燃乙基苯火焰(φ=1.90)。结果表明本模型可以很好地预测各种产物及中间体的摩尔分数曲线。通过生成速率分析得到了乙基苯在富燃条件下的反应路径。分析结果显示,乙基苯在富燃条件下的主要分解路径为C_6H_5C_2H_5→C_6H_5CH_2→C_7H_6→C_5H_54→C_3H_3→C_3H_2,产生的C_3H_2再经过氧化反应序列生成主要产物CO。此外,乙基苯支链上一系列的脱氢/β-断键反应也对乙基苯的分解具有不可忽视的作用。本模型为发展长链芳香烃模型打下了基础,有助于对未来实用燃料和航空替代燃料中长链芳香烃燃烧持性进行预测。