甲烷/正庚烷双燃料对冲火焰结构及火焰中NO生成特性

应用对冲火焰模型进行了甲烷/正庚烷对冲火焰结构与火焰中NO生成特性的数值模拟研究,探讨了NO的生成机理.贫燃甲烷/空气混合气和富燃正庚烷/空气混合气分别从两个对向布置的喷嘴射出,形成层流对冲火焰.结果表明:此对冲火焰为三重火焰,具有3个放热峰.保持正庚烷/空气混合气当量比不变,随着甲烷/空气混合气当量比增大,火焰宽度逐渐增大,NO排放指数逐渐减小.影响NO生成的最重要途径是快速型机理,其次是热力型机理,而NNH中间体机理和氧化二氮中间体机理的影响很小.随着甲烷/空气混合气当量比的增大,热力型机理影响增大,而快速型机理影响减小.快速型NO减少的原因是正庚烷/空气反应区的OH和H等自由基含量随着甲烷/空气混合气当量比的增大而减小.

RP-3航空煤油替代燃料及其化学反应动力学模型

本文提出了40%(摩尔分数,下同)正癸烷、42%正十二烷、13%乙基环己烷和5%对二甲苯的四组分RP-3航空煤油替代燃料模型,并通过实验充分验证了替代燃料模型与实际RP-3航空煤油在理化特性上的相似性.采用对冲火焰实验台架,测量了RP-3航空煤油以及四组分替代燃料的层流火焰传播速度.对比结果表明本文提出的替代燃料能够准确描述实际RP-3航空煤油的燃烧速率.进一步发展了包含168组分、1089反应的半详细反应动力学模型,验证结果表明本文机理能够准确预测RP-3航空煤油着火延迟时间和火焰传播速度.

燃料稀释对富氧空气/甲烷扩散火焰中氮氧化物生成的影响

本研究的目的是揭示富氧燃烧过程中的氮氧化物生成机理 ,针对富氧火焰特性探讨NOx 抑制机制机理。文中以对向流扩散火焰为对象 ,利用详细的基元反应动力学模型研究了燃料稀释对富氧空气 /甲烷扩散火焰中氮氧化物生成的影响 ,稀释剂为N2 或CO2 。结果表明 ,随着燃料中稀释组分浓度的变化 ,火焰结构和NO生成的决定机理显著变化 ;同时发现 ,随稀释剂CO2 浓度增大 ,NO的排放指数EINO(E missionIndexofNO)单调减少 ,随稀释剂N2 稀释时EINO存在最大值。

燃油阳极焙烧炉燃烧技术改进的模拟

针对燃用重油的阳极焙烧炉燃烧工艺的特点进行分析,将传统的顺流火焰焙烧操作改为逆流火焰焙烧,采用最佳的烟道结构设计,并通过模拟计算获得均匀的炉室温度分布和流场分布,对比分析燃烧技术改进前后的计算结果,验证了改进方案的科学性.

稀释燃烧的火焰稳定性

采用实验研究的方法探讨了反应物预热温度与稀释率两个因素对稀释燃烧火焰稳定性的影响.实验以氮气稀释的甲烷-空气对冲扩散火焰为研究对象,确定了不同反应物预热温度与氧化剂稀释率(氧气体积分数)时火焰的熄火极限,结果表明,增大反应物预热温度拓宽了火焰稳定燃烧区域,而增加氧化剂稀释率(降低氧气体积分数)会降低稀释火焰的稳定性,二者对火焰稳定性的影响作用相反.为了进一步分析反应物预热温度与稀释率对火焰稳定性的影响程度,引入了估算的Damk hler数,分析表明,在实验研究范围内,反应物预热温度对火焰稳定性的影响比稀释率的影响显著,是火焰稳定性的主要影响因素.

基于氢氧基平面激光诱导荧光法的稀释燃烧机理实验研究

为探讨反应物预热温度和稀释率对稀释燃烧机理的影响,该文以氮气稀释的甲烷–空气对冲扩散火焰为研究对象,采用氢氧基平面激光诱导荧光法(hydroxy radical planar laser induced fluorescence,OH-PLIF)进行实验研究。以OH基反应区厚度表征火焰厚度,实验结果表明,在反应物预热温度较低情况下,当预热温度一定时火焰厚度随反应物稀释率增大(或者浓度减小)而减小,当反应物稀释率一定时火焰厚度随预热温度升高而增大。但进一步分析表明,在反应物预热温度足够高时,火焰厚度将随反应物稀释率增加而增大。根据预热对化学反应速度的增大与稀释对化学反应速度的减小的共同作用,从火焰厚度随反应物预热温度与稀释率的变化情况可推断,在低预热温度稀释燃烧过程中,预热温度是影响火焰结构的主要因素;在预热温度足够高的稀释燃烧过程中,稀释率是火焰结构的主要影响因素,此时由于稀释引起化学反应速度大大降低,因此火焰厚度或体积显著增大。

乙醇荷电喷雾对冲燃烧的火焰特性

研究液体燃料雾化燃烧的火焰特性,有助于理解整个燃烧的变化过程。基于对冲火焰结构,以无水乙醇为燃料,设计了乙醇荷电喷雾对冲燃烧装置。通过对喷雾和火焰进行拍摄,并对火焰温度进行测量,得到了不同燃料流量下的喷雾形态、火焰形态和火焰温度变化,探讨了不同当量比、应变率对火焰形态和温度的影响规律。结果表明:随着乙醇流量的增加,喷雾的雾化核心区域和卫星区域的分界逐渐消失,当乙醇流量增加到13ml/h时,喷雾出现液柱。当量比小于1时火焰保持稳定,当量比大于1时火焰出现振荡,火焰的无量纲直径随当量比的增加呈减小趋势。随着应变率的增大,火焰的无量纲直径减小,温度降低。

基于化学爆炸模式分析方法的二甲醚对冲扩散火焰中NO_(x)排放机理研究

研究了化学爆炸模式分析(CEMA)方法在NO_(x)排放机理中的应用及可行性,揭示了主导NO_(x)排放路径的作用机理,并确定了NO_(x)排放的关键反应动力学因素。结果表明:CEMA方法可以准确表征NO_(x)排放路径;在化学当量等值面,基元反应R309(N+NO_(x)=N+O)和R371(CH+N=HCN+N)分别在低、高全局拉伸率下对NO_(x)的排放影响最显著,减小其反应速率能极大地控制NO_(x)的排放量。

超细水雾与甲烷二维对冲火焰作用的模拟研究

基于Tsuji燃烧器模拟研究了常重力与微重力下超细水雾与二维对冲火焰作用的异同点,验证常重力下的试验结果对于微重力环境下的适用性.结果表明:无细水雾作用时,低应变率下火焰温度和位置对于重力较为敏感;细水雾作用后,高应变率下火焰温度对重力较为敏感.随着细水雾粒径的增大,重力和浮力对于粒子运动的影响逐渐增大.在常重力、低风速下使用较高浓度的小粒径水雾进行试验的结果对微重力下的情况有一定参考价值.

常重力细水雾添加剂效能评估方法

高效细水雾添加剂的研制需要准确、快捷、低成本的灭火效能评估方法。利用二维对冲火焰构型研究了筛选细水雾化学添加剂的方法。在燃料流量4.5 L/min下,利用包裹火向尾流火的转变点作为灭火剂效能评估的参考依据可以减少火焰对壁面的热损,突出添加剂的化学抑制作用。试验装置燃烧腔入口速度均一,湍流度小于2%,不同添加剂及灭火溶液浓度对燃烧腔入口水雾粒径分布的影响较小。在高应变率下,化学添加剂的化学作用是影响火焰熄灭的主要因素。利用本方法对4种无机添加剂进行了筛选,结果表明,火焰临界熄灭点数据波动小、精度高,4种化学添加剂对甲烷二维对冲扩散火焰的抑制作用从高到低依次为KCl、K3PO4、NH4H2PO4、FeSO4,其中FeSO4对火焰有助燃作用。

基于WSGGM模型修正的对冲火焰燃烧分区特性研究

本文利用灰气体加权平均模型(Weighted Sum of Gray Gases Model,WSGGM)对对流扩散火焰模型(OPPDIF)中的能量方程进行修正,并对高温扩散均相燃烧结构模型(Hot Diluted Diffusion Ignition,HDDI)在常规空气和富氧环境进行对冲火焰燃烧数值模拟。结果表明,相对于标准模型,采用修正模型所得到的温度分布在常规空气和富氧气氛下均较低且温度分布特性变化较大。本文进一步明确无焰燃烧的临界条件,对高温扩散均相燃烧模型分析表明,在Tf较高且Xf较低时,甲烷燃料的化学热解区域消失,燃料在燃烧周期内只表现出热释放特性。通过建立的燃烧区域和燃烧路径分析得知,无焰富氧燃烧相比于空气无焰燃烧更容易达到但更难维持,而相对于常规有焰燃烧,无论是在常规空气气氛下还是在富氧气氛下,其化学反应速率均下降一个量级。而由于富氧环境下的CO2富集,抑制了H和OH基团的生成,使得C1反应链更加具有活性。

稀释H_2/CO混合气与空气对撞燃烧的数值研究

采用多组分混合物中扩散速度表达式并考虑Soret效应,在物理空间求解同时加入了多种稀释成分(CO_2,H_2O,N_2)的H_2/CO混合气与空气对撞燃烧形成的非预混火焰;考察了稀释成分加入与否以及稀释成分浓度的调整对于火焰结构以及相应熄火拉伸率产生的影响。结合数值计算中采用的化学反应机理,从稀释给H_2/CO混合气所带来的物理性质(分子扩散系数、Lewis数)和化学性质(燃烧特性、化学平衡、三体反应系数)的改变的角度分析了火焰结构和熄火拉伸率变化产生的原因。强调指出了火焰面燃烧模型的准确程度会受到是否考虑燃料稀释的直接影响。