基于Python的CO_(2)/O_(2)氛围下柴油燃烧火焰特征分析

为分析柴油在CO_(2)/O_(2)氛围下燃烧的火焰特征,利用光学定容燃烧室测试并拍摄了6种不同工况下的柴油燃烧过程.基于自编的Python代码对火焰图像进行后处理,提取出火焰浮起长度、红绿分量比、平均亮度、相关性系数、面积变化率和重叠率等特征参数并进行分析.结果表明:在空气和CO_(2)/O_(2)氛围下,柴油火焰浮起长度和相关性均随燃烧进程先增大后减小再增大,平均亮度则先增大后减小,其在空气下和35%CO_(2)+65%O_(2)氛围下的峰值分别为210.75 px和138.89 px.在火焰发展阶段,红绿分量比保持在0.8~1.2之间,而在火焰熄灭阶段,随着CO_(2)浓度减小和O_(2)浓度增大,红绿分量比有所减小.与在空气下燃烧相比,柴油在CO_(2)/O_(2)氛围下的燃烧火焰形状更加细长,湍流现象更加明显,火焰浮起长度缩短,平均亮度下降.

基于FES技术的O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性

O_(2)/CO_(2)燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术,然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质,严重危害了设备的安全稳定运行。因此,探讨O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性对于煤炭的清洁高效利用具有重要意义。基于火焰发射光谱技术(FES),在金属丝网反应器上研究了煤粉燃烧过程中不同类型碱金属盐在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)两种气氛下的释放特性。结果表明:在O_(2)/N_(2)气氛下,挥发分燃烧会产生明亮的火焰;与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧强度降低,火焰温度下降,着火时间延迟,挥发分和焦炭的燃烧时间延长,使得煤粉中气相Na的释放过程受到抑制。对于NaAc、Na_(2)CO_(3)和Na_(2)SO_(4)来讲,O_(2)/CO_(2)气氛延迟了其释放过程中质量浓度降低的时间,使煤粉中气相Na从开始释放就进入稳定释放阶段,气相Na质量浓度变化率波动不大;但NaCl会在释放的4 s左右质量浓度变化率变为负值,导致释放的气相Na质量浓度一直降低。同时CO_(2)气氛还会使得NaAc、NaCl等类型盐转化形成更难释放的Na_(2)CO_(3),进一步抑制气相Na的释放过程。而Na_(2)CO_(3)的质量释放率在O_(2)/CO_(2)气氛下也降低的主要原因则是CO_(2)抑制了Na_(2)CO_(3)向Na_(2)O的分解过程。Na_(2)SO_(4)则由于其本身释放就比较困难,因此其质量释放率降低的主要原因是燃料燃烧温度和强度降低导致的。

CO_2稀释对合成气扩散火焰中氮氧化物生成排放特性的影响

为揭示合成气燃烧过程中氮氧化物的生成机理和抑制措施,利用详细化学反应机理动力学模型研究了CO2稀释对合成气对冲扩散火焰中氮氧化物生成的影响,结果表明:随着合成气成分的变化及稀释剂CO2的添加,扩散火焰结构及不同NO生成机理对总NOx排放的贡献发生显著变化;低火焰拉伸率下主要表现为热力型NO,但在高火焰拉伸率下,因CH4存在,使总NO生成高于不含CH4的合成气;随CO2稀释剂的添加,NOx的排放指数EINOx呈单调下降趋势,并且稀释空气的效果优于稀释燃料的效果.

O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛下单颗粒煤火焰碱金属光谱辐射特性

不同气氛条件对煤颗粒反应特性有着很大的影响,因此本文研究了O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛对单颗粒煤燃烧过程火焰面积、火焰温度及碱金属(Na^(*)和K^(*))光谱辐射特性的影响。基于煤颗粒可视化滴管炉,结合火焰光谱诊断系统,捕捉了火焰图像并采用多波段辐射法计算不同氧浓度为30%、40%和50%下的火焰温度。结果表明,随着反应的进行,火焰温度增加而火焰面积先增加后减小。O_(2)/CO_(2)气氛下,煤颗粒周围出现一层薄薄的“火焰层”,而在O_(2)/N_(2)气氛下没有观察到类似的现象,这源于CO_(2)较高的热容值。随着氧浓度的增加,火焰中Na^(*)和K^(*)的辐射峰值强度增加。另外,O_(2)/N_(2)气氛下Na^(*)和K^(*)峰值强度和火焰温度高于O_(2)/CO_(2)气氛,且Na^(*)和K^(*)峰值强度的与火焰温度呈正相关,可以用碱金属原子辐射光谱来表征火焰温度。

CO_2稀释对天然气掺氢预混层流火焰燃烧特性的影响

在定容燃烧弹内研究了相同的掺氢比、不同的二氧化碳体积分数下,天然气-氢气-二氧化碳-空气的预混气体层流火焰燃烧特性;分析了二氧化碳体积的增加对火焰燃烧特性的影响.结果表明:随着二氧化碳体积分数的增加,二氧化碳气体的稀释作用和吸热作用使混合气燃烧速率降低,火焰半径随时间的增长率明显减小;同时火焰前锋出现"ω"形的火焰锋面,减小了已燃区和未燃区接触面积,拉伸火焰传播速率明显下降.当二氧化碳体积分数?CO_2≤5%,时,拉伸火焰传播速率随拉伸率的增加而减小,马克斯坦长度为正值,火焰前锋面趋于稳定;当?CO_2≥10%,时,马克斯坦长度随二氧化碳体积分数的增加没有统一的规律可循,由于氢气和天然气的马克斯坦长度随着稀释度的增加有相反的变化规律,所以其变化规律取决于可燃混合气中占主导地位的可燃气体是氢气还是天然气.

Mg在CO_(2)/Ar混合气体中的双反应区燃烧模型研究

Mg粉/CO_(2)是实现火星探测原位资源利用的理想推进剂。针对Mg颗粒在含CO_(2)混合大气中燃烧,基于火焰层假设,建立了Mg在CO_(2)/Ar混合气体中的双反应区燃烧模型,分析了Mg在CO_(2)/Ar燃烧过程中各组分质量分数、各组分流量、颗粒和火焰层的温度分布,研究了环境压强、CO_(2)质量分数、环境温度和颗粒粒径对燃烧特性的影响。结果表明:环境压强增大,颗粒温度增大、火焰层温度变化不大。在环境压强低于20 kPa时,火焰层半径随环境压强升高快速增大,颗粒燃烧时间随环境压强升高快速变短,随后都基本保持不变;CO_(2)质量分数增大,颗粒温度与火焰层温度升高、火焰层半径减小、颗粒燃烧时间缩短;环境温度增大,颗粒温度变化不大、火焰层温度升高、火焰层半径减小、颗粒燃烧时间延长;颗粒粒径增大,颗粒温度与火焰层半径变化不大、火焰层温度降低、颗粒燃烧时间延长。

基于深度学习的烟气温度和CO_(2)浓度在线检测

基于低分辨率红外发射光谱采集技术,耦合深度学习计算方法,提出了一种烟气温度和CO_(2)浓度在线检测方法。利用气体光谱辐射模型计算训练数据,基于多层感知器(MLP)神经网络反演火焰烟气温度和CO_(2)浓度的分布,结果表明,MLP神经网络模型对温度、CO_(2)和H_(2)O体积分数的反演误差均低于1%,预测精度均大于94.5%,具有良好的泛化能力和预测能力。建立了一套基于深度学习与发射光谱耦合的烟气温度和CO_(2)浓度在线检测装置,并对乙烯扩散火焰和C_(2)H_(4)/NH_(3)部分预混火焰展开了研究。乙烯扩散火焰烟气温度和CO_(2)体积分数的测量结果与模拟火焰结果相一致,验证了基于深度学习与发射光谱耦合的在线检测法的可行性。改变部分预混火焰的掺氨比例,分析火焰中轴上方不同高度处气体的温度和CO_(2)浓度变化,结果表明,同一高度处的烟气温度会随着掺入氨气的增加而增大,而CO_(2)体积分数会呈先增大后急剧减少的趋势。所提出的方法可以较灵敏的检测温度和CO_(2)浓度的变化,用于多种火焰的燃烧诊断研究,在燃煤电厂碳排放在线检测上也有一定的应用前景。

CO_(2)稀释对甲烷反扩散火焰结构的影响研究

基于火焰光谱诊断平台,利用由高分辨率CCD相机成像系统和光纤光谱仪组成的光谱成像系统对甲烷反扩散火焰的光谱辐射特性进行研究。获得了不同氧燃当量比和CO_(2)稀释水平下CH4/O_(2)同轴射流反扩散火焰的OH^(*)、CH^(*)二维辐射分布并进行了Abel反卷积处理。结果表明:随氧燃当量比的增加,OH^(*)火焰逐渐中空,火焰锋面被拉伸,轴向高度和火焰面积均先增大后减小。CH^(*)火焰核心反应区位置和形状随当量比增加变化不明显。随CO_(2)稀释剂体积分数的增加,OH^(*)火焰被拉伸,并由完全包络状过渡为对称包络状,火焰面积逐渐减小。CH^(*)火焰被拉伸并靠近中央轴线,火焰面积逐渐增大。对比OH^(*)火焰层,CH^(*)火焰层较薄且峰值强度低。

CO2/N2稀释对H2/CH4层流火焰传播特性的影响

利用本生灯-纹影系统实验研究含有CO2,N2的掺氢天然气层流预混火焰传播速度,并应用GRI-3.0机理模拟计算不同组分预混燃气绝热火焰温度、敏感性系数及重要自由基浓度等,详细讨论CO2,N2的稀释效应.研究表明,GRI-3.0机理能较好地预测掺氢天然气层流预混火焰传播速度;CO2,N2稀释组分会显著抑制掺氢天然气层流预混火焰速度及其绝热火焰温度;与N2相比,CO2不仅具有较强的热力学效应,且随着CO2稀释比的增加,火焰中重要自由基H浓度显著减少,抑制氧化反应H+O2=O+OH对燃烧的主导促进效应,使预混燃料的层流火焰传播速度显著降低.

基于超临界CO_(2)萃取和旋转锥体柱法的啤酒花提取物香气特征比较

目的比较两种冷萃取啤酒花香气提取物的香气特征差异及其物质基础。方法采用超临界CO_(2)萃取和旋转锥体柱(spinning cone column,SCC)法分别制备了酒花提取物,利用风味剖面定量描述分析对比研究两种酒花提取物的香气特征;采用溶剂辅助风味蒸发-气相色谱-嗅闻-质谱法结合香气提取物稀释分析两种提取物中关键香气物质构成。结果超临界CO_(2)萃取的浸膏草药香、木香突出,SCC提取物橘香、果香明显。芳樟醇、β-月桂烯、顺-3-己烯-1-醇为两种酒花提取物的共有关键香气化合物。邻伞花烃、辛酸甲酯、2-壬酮是超临界CO_(2)萃取浸膏的特有关键香气化合物,2-甲基丁醇、卞醇和壬醛为SCC提取物的特征香气物质。超临界CO_(2)萃取擅长提取萜烯化合物,SCC对醇类、酯类、萜烯醇类化合物的富集率较高。结论两种酒花提取物的香气风格特征相差较大,研究结果可为酒花拓展应用研究提供参考。

N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响

利用紫外成像系统获得了CH4/O2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N2和CO2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N2稀释火焰相比,反应机理转变对CO2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。

基于OH^(*)化学发光特性的CH4/O_(2)扩散火焰燃料稀释效应研究

利用高分辨率相机成像系统获得了CO_(2)稀释的CH_(4)/O_(2)扩散火焰OH^(*)化学发光分布.揭示了不同稀释水平下OH^(*)层峰值特性以及外锋面半径的变化,并基于此探究了CO_(2)稀释燃料对火焰反应区和结构特性的影响.结果表明,OH^(*)化学发光峰值强度与CO_(2)稀释水平存在线性关系.当达到某一阈值稀释水平时,反应区从轴线处断开,火焰反应区分布形态的变化导致火焰高度迅速下降.随着稀释水平的提高,发生OH^(*)峰值的位移.OH^(*)表征的火焰外锋面可拟合为一段圆弧,拟合圆半径可用于表征火焰弯曲程度.随着稀释水平逐渐升高,火焰外锋面圆半径逐渐增大.

微波辅助点火对CO_(2)稀释甲烷燃烧的影响

为提高内燃机热效率和降低污染物排放,研究了CO_(2)稀释条件下的甲烷微波辅助点火特性。基于定容燃烧弹台架,将微波馈入到对置式电极以促进点火,采用高速纹影法探索不同试验条件下火核早期发展规律。结果表明:微波辅助点火(MAI)模式下,CO_(2)稀释极限得到提高,16%CO_(2)稀释比仍能成功点火。在8%CO_(2)稀释比时,馈入微波能将甲烷可燃极限从火花点火(SI)模式下的0.7拓展到0.6。随微波功率的升高,火核等效半径增大,但增大程度逐步减小;在不同CO_(2)稀释比条件下,微波频率对火核的增强效果出现不同规律。本研究结果可为废气再循环(EGR)氛围下应用微波辅助点火技术提供理论支撑。

CO_(2)/O_(2)环境对柴油着火及燃烧特性的影响

为研究CO_(2)/O_(2)环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO_(2)/O_(2)环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO_(2)体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO_(2)物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明:在CO_(2)体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO_(2)体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO_(2)体积分数在50%~60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO_(2)的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO_(2)的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO_(2)体积分数增大,化学作用对着火的促进作用更加明显。

不同通风方式对幼儿园教室CO_(2)浓度影响的研究

幼儿园教室新风量不足会导致室内CO_(2)浓度偏高,加大新风量,能有效降低室内CO_(2)浓度。通过工程验证了采用人体CO_(2)释放量的理论计算来设计幼儿园新风量的准确性,同时通过对比国内现行涉及通风设计的标准,总结出了室内通风要求的技术参数缺乏一致性并存在明显分歧,建议加强相关标准在通风设计参数方面的统一性工作,并推荐采用人体CO_(2)释放量作为新风量选取的设计参数。

掺杂H_(2)/CO对C_(2)H_(4)(O_(2)/CO_(2))扩散火焰中碳烟生成的影响

通过消光法实验和CoFlame程序模拟研究O_(2)/CO_(2)气氛下,掺杂H_(2)/CO对层流乙烯扩散火焰中碳烟生成的影响,获得火焰高度、温度、碳烟及重要组分含量的分布,分析主要碳烟演化过程的变化规律。结果表明:掺杂H_(2)/CO对乙烯火焰中的碳烟生成有明显抑制作用,当H_(2)与CO的流量比为0.3∶0.3时,抑制作用最强,碳烟体积分数降低25.3%;掺杂H_(2)/CO对乙烯火焰的高度、温度影响微弱,热效应、氧化速率不是影响乙烯火焰中碳烟生成的主要因素,主要是通过抑制乙炔、苯、芘的生成抑制碳烟成核和碳烟表面增长,最终减少碳烟的生成。

在O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛下添加H_(2)对乙炔扩散火焰碳烟生成的影响

通过二维消光法获得乙炔层流扩散火焰的高度、温度及碳烟含量,研究O_(2)/CO_(2)及O_(2)/N2两种气氛下添加H_(2)对乙炔层流扩散火焰中碳烟生成的影响。结果表明:两种气氛下添加H_(2)对乙炔火焰高度影响微弱,但会升高乙炔火焰温度,温度随H2流量的增加而升高,H2与C2H2的流量比值为0.5时,O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛下火焰最高温度升幅分别为6.1%,3.1%;两种气氛下添加H2对乙炔火焰中的碳烟生成有明显抑制作用,随H2流量的增加火焰碳烟体积分数明显下降,H2与C2H2的流量比值为0.5时,抑制作用最强,O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N2气氛下碳烟体积分数降幅分别为24.4%,27.5%。

热流量法测量高压CH4/O2/N2/CO2的层流火焰速度

热流量法成功应用在高压(0.5 MPa)下甲烷稀释气的绝热无拉伸层流火焰速度的测量.针对当量比为0.6~1.6、不同含氧量和固定含氧量时不同CO2稀释度的火焰速度进行了实验和动力学探究.模拟采用GRIMech和HP-Mech两个反应机理,在不同压力下均给出了十分吻合实验值的预测结果.层流火焰速度的相对增量独立于当量比和压力的变化.总反应级数随氧含量提高和CO2稀释度降低而增大,相同的绝热火焰温度的总反应级数相近.在不同稀释度情况下CO2对层流火焰速度的热扩散贡献在50%以上,且随着压力提高,热扩散贡献减小而化学反应贡献增加.

不同稀释剂条件下甲烷非催化部分氧化数值模拟

以工业装置中O_(2)与CH4体积比为0.69的操作条件为基础,使用ANSYS Fluent16.1进行数值模拟,采用基于雷诺平均方程(RANS)的Realizable k-ε湍流模型,以及涡耗散概念(EDC)模型耦合GRI3.0详细化学反应机理来模拟转化炉内湍流燃烧与化学反应过程。考察了3种稀释剂(N_(2)、H_(2)O、CO_(2))对转化炉内温度、自由基(·OH、·CH_(2)O)分布以及炉膛火焰反应区分布的影响。结果表明:N_(2)和H_(2)O稀释对转化炉内温度、自由基及反应区分布的影响差别很小,CO_(2)稀释的影响最显著。在CO_(2)稀释下,炉膛内的最高火焰温度降低了约50 K;·OH和·CH_(2)O自由基峰值分别降低了约33.0%和24.5%。此外,CO_(2)稀释的3种不同效应对转化炉内温度和自由基分布的影响大小依次为:稀释效应>热效应>化学效应。

CeO_(2)改性多尺度WC-CoCr涂层组织结构及空蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂技术,制备多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层和纳米CeO_(2)改性涂层。研究添加纳米CeO_(2)对多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层组织结构、力学性能的影响。并采用超声振动空蚀装置研究淡水介质中涂层的空蚀行为和机理。研究表明,改性涂层和未改性涂层物相均主要由WC相和非晶CoCr组成,没有产生明显的脱碳相。纳米CeO_(2)改性多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层具有更低孔隙率(0.25%),但涂层显微硬度(1134 HV0.3)只有多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层的83%。同时其开裂韧性(5.27 MPa·m^(1/2))相对于多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层降低了4%。纳米CeO_(2)的添加削弱了涂层在淡水介质的抗空蚀性能,其抗空蚀性能只达到多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层的61%。纳米CeO_(2)的添加降低了多尺度WC-10Co_(4)Cr涂层的孔隙率,但同时削弱了涂层的力学性能,由此降低了涂层的抗空蚀性能。