高压下CO_2稀释的CO/H_2/Air火焰贫可燃极限处的辐射重吸收效应的数值研究

本文分别采用考虑辐射重吸收的谱带辐射(SNBCK)模型及未考虑辐射重吸收的光学薄辐射(OPT)模型,对0.1～4 MPa,CO_2稀释比为0%和20%的一维预混层流合成气/空气火焰进行数值分析,研究辐射重吸收效应对可燃极限及极限处的火焰传播速度和温度的影响。结果表明,辐射重吸收效应能有效拓宽贫可燃极限,提高燃料中CO_2比例或提高CO/H_2比例都会加剧上述效果。辐射重吸收效应随压力增大而逐渐增强,并造成可燃极限处最大火焰温度随压力先增加后减小,在1 MPa左右达到峰值。

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。

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。

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.

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。

二氧化碳、水和氮气稀释条件下甲烷MILD氧燃烧的实验研究

中度与极度低氧稀释(moderate or intense low-oxygen dilution,MILD)氧燃烧技术能同时实现低碳和超低NO_(x)排放,是一种创新性的燃烧技术。通过实验方法研究了不同稀释剂(N_(2)、CO_(2)和H_(2)O)、氧气浓度、当量比和氧化剂预热温度下甲烷非预混MILD氧燃烧和排放特性。实验发现,N_(2)、CO_(2)和H_(2)O稀释的所有工况中均没有观察到火焰。但N_(2)稀释时,炉内温度和NO排放都比较高,且当氧浓度、当量比或氧化剂温度增加时,NO排放急剧升高(>100×10^(-6)),因此无法实现较好的MILD氧燃烧。与之相比,CO_(2)或H_(2)O稀释下,炉内温度较低,NO排放也非常低(<10×10^(-6));并且NO排放对氧浓度、当量比和氧化剂温度的变化不敏感,能在更宽的范围内建立起低排放的MILD氧燃烧。此外,CO_(2)稀释时会产生较高的CO排放(>20×10^(-6)),但H_(2)O稀释下几乎没有CO排放,且NO排放最低(≈1× 10^(-6))。因此,H_(2)O稀释最有利于实现超低排放的MILD氧燃烧。但实际炉膛应用时需要注意防止H_(2)O稀释造成的炉壁汲水和因此导致的热效率降低、甚至熄火。

空净一体机送风速度、角度变化对净化能力的影响研究

为了研究在空净一体机和换气系统联合运行时空净一体机的送风速度、角度变化时系统对PM2.5和CO_(2)净化能力的影响,本文通过实验研究验证模拟的准确性,再通过利用Fluent软件进行拓展模拟,最后得出空净一体机送风角度变化的影响大于送风速度的结论,并给出在室内同时有PM2.5和CO_(2)净化需求时宜采用大角度、CO_(2)浓度较低但PM2.5浓度较高时采用中角度、两者浓度都较低时采用小角度运行的建议。

元素分析-同位素比值质谱法同时测定蔬菜中碳、氮同位素的前处理方法优化

为探究过筛目数和热风干燥对蔬菜中碳、氮同位素的影响规律,本试验在验证了基于CO_(2)稀释的元素分析-同位素比值质谱(EA-IRMS)法可靠性的基础上,研究了过筛目数(20、40、60、80、100、200目)、杀青(105℃,30 min)与未杀青处理、热风干燥温度(45、60、75℃)对6种蔬菜(菠菜、豇豆、韭菜、莲藕、茄子、马铃薯)δ^(13)C、δ^(15)N值的影响。结果表明,以89%CO_(2)稀释比例下EA-IRMS同时测定δ^(13)C、δ^(15)N值的标准偏差满足检测精度要求;当过筛目数超过80目时,6种蔬菜样品的δ^(13)C、δ^(15)N值均趋于稳定且达到测定精度要求;以真空冷冻干燥处理所测的δ^(13)C、δ^(15)N值为参照,采用不同热风干燥温度(45、60和75℃)处理的茄子、菠菜、莲藕和杀青后韭菜中δ^(13)C、δ^(15)N值均无显著差异,但未杀青的韭菜在45℃热风干燥后其δ^(13)C、δ^(15)N值与参照值之间有显著差异(P<0.05),且热风干燥处理的豇豆(δ^(13)C和δ^(15)N值)和马铃薯(δ^(13)C值)与参照值相比也表现出不同程度的差异。因此,采用89%CO_(2)稀释比例下EA-IRMS法同时测定蔬菜中δ^(13)C、δ^(15)N值是可行的;蔬菜样品在进行碳、氮同位素测定前应以不低于80目的过筛处理。茄子、菠菜、莲藕和韭菜蔬菜样品在制备过程可采用热风干燥方式,其中韭菜需进行杀青处理,而豇豆、马铃薯则建议采用真空冷冻干燥方式。本研究为蔬菜样品中碳、氮同位素同时测定及样品制备提供了一定的参考。