旋流对氢气微混扩散燃烧特性的影响

在当量比0.3~0.5的条件下,针对旋流数为0.62与无旋流2种微混扩散燃烧器开展了试验研究,考察了旋流作用对微混扩散燃烧流场、火焰结构、NO_(x)排放以及燃烧不稳定性的影响。实验运用OH*化学发光法与粒子图像测速(PIV)技术捕获了火焰与流动结构。结果表明:加入旋流能够通过改变流场结构,使火焰高度降低44%,进而缩短停留时间,最终实现NO_(x)排放体积分数减少63.4%;无旋流微混扩散火焰脉动的主要驱动因素是高当量比下火焰径向膨胀区的生成,而旋流的加入可以抑制径向膨胀区的生成,从而在宽负荷范围内实现抑制燃烧振荡的效果。

微硅粉改性耐热低烟无卤阻燃电缆复合材料的制备及性能研究

为保证电缆的环保使用和安全性能,研究对氢氧化镁进行湿法改性以增强电缆料的韧性,再采用微硅粉对低烟无卤阻燃电缆料进行改性,提高其加工性能和绝缘性。结果得出,当微硅粉含量为3%时,阻燃剂为53%或55%的电缆料熔融指数分别为1.2 G/10 min和1.15 G/10 min。树脂+KH550-MH+微硅粉(47%/45%/8%)和树脂+KH550-MH+微硅粉(45%/47%/8%)的吸水率分别为0.54%和0.19%。因此证明了微硅粉的改性对热塑型的耐热低烟无卤阻燃电缆料具有良好的性能效果,并提高了目前热塑型电缆料的产品技术,促进了电缆料行业的发展。

SiO_(2)气凝胶隔热材料制备及隔热耐火性能研究

以正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用酸碱两步法制备出了不同表面活性剂CTAB用量的SiO_(2)气凝胶,研究了表面活性剂对气凝胶的微观形貌、晶格结构、隔热性能和耐火性能的影响。研究结果表明:酸碱两步法制备出的SiO2气凝胶是典型的无定型二氧化硅;气凝胶由纳米颗粒相互堆积而成,颗粒尺寸在30~80 nm之间;CTAB的添加减小了SiO_(2)气凝胶的粒子尺寸,骨架发生缩聚,气凝胶的抗压强度得到提高;CTAB含量为0.1 mol的SiO2气凝胶的抗压强度达到了1.216 MPa的最大值。在800℃时,CTAB含量为0.1 mol的SiO_(2)气凝胶的最大残炭量为81.4%,导热系数最低为0.019 W/(m·K),保温性能最佳。CTAB含量为0.1 mol的SiO2气凝胶的垂直燃烧时间最短为8.1 s,LOI值最大为34.8%,垂直燃烧等级达到V1级,气凝胶在燃烧过程中的燃烧速度减弱,阻燃性能得到明显改善。

喷管结构对甲烷微混燃烧特性的影响研究

微混燃烧是一种具有潜力的低污染燃烧技术,而作为基础单元的微管结构对燃烧特性有显著的影响。以单元微管模型燃烧器为对象,在空气预热加压和常温常压2组工况下,使用计算流体力学方法分析了不同微管直径、微管后段长度、火焰筒微管面积比时的甲烷微混燃烧特性。数值模拟结果表明:常温工况的火焰长度明显增长,并且增幅受到微管直径和面积比的影响较大;随着微管直径增大,火焰筒内流场和温度场基本相似,无量纲火焰长度变化不大,但是微管直径更小时2组工况的火焰长度变化更小,具有更好的适应性;随着微管后段长度增加,微管出口湍流强度大幅降低,火焰长度明显增加,2组工况下火焰长度的变化趋势较为一致;随着火焰筒与微管面积比增加,火焰长度有先缩短后增长的趋势,而面积比在4.0~9.0时火焰长度较短,燃烧性能较好。研究结果对燃气轮机燃烧室具有参考价值,对自由射流火焰也有一定的参考意义。

部分填充多孔介质的小圆管内正丁烷/空气的预混燃烧特性

液体燃料由于具有很高的比能,适合在微小型燃烧动力装置中使用.通过实验研究了当量比φ=0.5~1.5的正丁烷/空气混合气在部分填充金属丝网的圆管(内径为6 mm)中的燃烧特性,发现在大多数工况下,火焰部分浸没于或完全悬浮于金属丝网的下游侧表面.当1.2≤φ≤1.5时,在高进气速度下管口出现了一个扩散火焰.此外,火焰吹熄极限随当量比增大近乎线性升高,分析表明,这是金属丝网对未燃预混气的预热作用、火焰的散热损失、未燃预混气的体积膨胀效应以及管口扩散火焰对管内火焰的支持作用等多方面因素的共同作用所导致的结果.在固定当量比下,最高壁温和排烟温度均随进气速度的增大而升高.排烟温度在中、低进气速度下随当量比的变化较小,这是因为壁面温度水平随当量比的增大变化很小,从而使得壁面散热损失随当量比的变化较小.总之,这些发现丰富了正丁烷/空气在部分填充多孔介质中的小圆管内的燃烧特性的认识和理解.

氢火焰离子化检测系统设计

设计了基于氢火焰离子化检测方法的有机物检测系统。介绍了系统的工作原理,并基于此优化了系统的结构设计;根据系统的反应条件,设计了系统的控制电路;针对系统检测信号微弱、动态范围广的特点,使用跨阻放大的方法设计了量程可切换的电流检测电路,实现了大范围的微电流检测。使用甲烷标准气体测定了系统性能,实验结果表明:标准样品重复性测量相对标准偏差均小于2%,线性相关系数大于0.99。

微焰燃烧器火焰稳定性实验与CFD分析对比探讨

本文通过对微焰燃烧器火焰稳定性实验及模型CFD分析对比,在流速分布空气系数a=0的条件下,测得的火焰高度界线及未燃气体边界线和CFD分析得出的流速分布线趋势一致;在空气系数为a>1的条件下,燃气浓度越低,火焰的颜色越深且高度高,未燃气体边界线越低;在空气系数a<1的条件下,燃气浓度越高颜色越浅;燃气浓度不均及流速分布不均的情况下,火焰稳定性余量小,烟气排放高,过剩空气系数可选范围小,燃气浓度和流速均匀,火焰稳定性好,烟气排放低,过剩空气系数可选范围广。

水性聚氨酯/纳米纤维素/氢氧化镁或纳米铜粒子复合材料制备及阻燃、耐磨性能研究

本研究将磷酸化纳米纤维化纤维素(PMFC)与水性聚氨酯(WPU)混合,然后分别引入氢氧化镁颗粒和纳米铜粒子制备阻燃、耐磨复合材料,并对复合材料的显微结构、颗粒分散性能、热稳定性能、阻燃性能、耐磨性能等进行了考察。结果表明:氢氧化镁颗粒和纳米铜粒子的添加量对复合材料的显微结构影响较大;在水性聚氨酯涂料中添加一定量的磷酸化的纳米纤维素、氢氧化镁颗粒和纳米铜粒子能够提高复合材料的阻燃性和耐磨性,应用于木质板材上时,可使木质板材获得更好的表面性能。

柞蚕丝微/纳米纤维的提取及其性能研究

柞蚕(A.pernyi)丝作为一种廉价易得的生物质资源,其纤维本身具有精细的介观结构单元可以提取利用,但直接从柞蚕丝中提取纳米颗粒、纳米纤维和微米纤维等介观结构投入工程应用却是一项富有挑战性的工作。本研究采用NaClO(5 mmol·g^(−1)蛋白)对柞蚕丝进行氧化改性,并以轻微机械分散方式获得了大量直径分别为1~8μm、200 nm的柞蚕丝微米纤维(SMF)和纳米纤维(SNF)。随后,将柞蚕丝微、纳米纤维混合体系抄造成类似纸张的基底材料,探究其在甲酸、六氟异丙醇、丙酮、二甲基亚砜、甲苯和氯仿等有机溶剂环境下的稳定性。研究发现,柞蚕丝纤维基底材料在多种溶剂中表现出良好的耐受性,具有较好的柔顺性,其在空气中以5 Hz的频率摆动时产生的噪音波动范围仅为0~15 dB。燃烧试验证明,柞蚕丝纤维纸张具有一定的阻燃性,且在高温碳化后仍能保持原有的复杂结构。上述研究为废旧柞蚕丝纤维的功能化利用提供了新思路。

新型低热损失微燃烧器原型的实验研究

试验研究了一种降低微燃烧器热损失的新方式,其原理是通过多孔壁面均匀进气来预热未燃混合气,同时降低壁面温度,从而有效降低燃烧器热损失。结果表明:采用燃烧器周向供给富燃料混合气,端面中心供给空气的组合进气方式,可以在微燃烧器内形成稳定的管状预混合火焰,火焰呈蓝色,燃烧稳定。当火焰温度达到1100℃以上时,燃烧器内壁的温度低于500℃,外壁面温度在150℃左右,微燃烧器的侧壁面热损失率约为6%,对于强化微燃烧器的火焰稳定性效果显著。

微尺度甲烷扩散火焰特性的数值解析

以均匀空气流中圆管形成的甲烷扩散火焰为对象,用数值解析的方法研究了微尺度扩散火焰的火焰结构和燃烧特性．燃烧反应采用甲烷／空气一步总括反应,喷管壁面绝热．在Re一定的情况下,改变喷口尺寸和喷口流速,考察了微扩散火焰的结构和火焰熄灭的尺度效应．计算结果表明,Re=12条件下,喷口直径为0．07 mm时达到熄灭极限;稳定燃烧区的最小总放热率约为0．5 W;微尺度条件下,Da对火焰结构和火焰熄灭有显著影响,熄火附近的Da的数量级在0．01．

微小型氢火焰离子化检测器及在色谱中的应用

构建了一种微小型氢火焰离子化检测器(m-FID)。与传统FID不同,助燃空气从收集极上部侧面导入,沿收集极与检测器壳体之间的缝隙向下流动,以环状气流沿壁流入燃烧室,流向反转后从中空的收集极内流出。火焰喷口位于燃烧腔的正中心轴线上,该区域助燃气的流动非常稳定,因此噪音电平非常低。采用更高的极化电压以提高离子化效率。对喷口材料及其内径、收集极长度、收集极至喷口的距离等结构参数进行了优化。在最优条件下,极化电压800 V时,检测器的信噪比比极化电压为150 V时提高一个数量级以上,检出限达1×10-12g/s。相对于常规FID,m-FID的气体消耗降低了70%,仅需要氢气和空气两种气体;具有体积小、重量轻、结构简单、灵敏度高、成本低廉等优点,适合作为便携式微型色谱的通用型检测器。

基于数字图像处理的微火焰测量技术

为了提高微小火焰间接测量的准确性,根据灰度值和火焰温度的线性简化关系,利用数字图像处理软件Matlab对火焰图像进行灰度提取,间接获得火焰高度数据。测量结果表明:所测火焰高度数据准确,和实验结果吻合,用这种方法获取数据是可行的,而且方便简明。

微火焰温度场的自动扫描微型热电偶测量

探索了一种用微型热电偶自动点扫描测量微火焰温度场的方法,从理论上分析了热电偶大小与热气流速度对测温误差的影响,并以3个直列预混微火焰为对象,通过实验详细考察了自动扫描热电偶的数据采集时间间隔和热电偶移动速度对火焰温度测量的影响.结果表明:当丝径小于50μm时,微型热电偶测量的火焰温度误差将小于0.6%;实验中采用丝径50μm的R型微型热电偶,当温度数据采集时间间隔为0.1s和热电偶移动速度为1.82~4.22mm/s时,自动扫描测得的火焰温度与手动单点长时间停留热电偶测得的温度场一致;微型热电偶自动扫描方法可实现快速、准确的微火焰温度场测量.

NEPE推进剂燃烧机理研究

应用微热电偶测温和燃烧火焰单幅照相技术测得 NEPE推进剂在稳态燃烧条件下的燃烧波温度分布及火焰结构 ,研究了该推进剂中主要组分对燃烧性能的影响 ,同时利用扫描电镜 -能谱仪观测了熄火表面形貌和元素分布规律。经过综合分析 ,提出了 NEPE推进剂的燃烧过程 。

微量进样火焰原子吸收光谱法对牛奶中钙的直接测定

采用微量进样火焰原子吸收光谱法（FAAS）直接测定牛奶中的钙,无需样品预处理。该法与消化后常规FAAS法的测定结果一致。钙质量浓度在0～20 mg/L范围内与吸光度呈线性关系,检出限（S/N=3）为0.013 mg/L,加标回收率为98%～101%,相对标准偏差（n=6）小于2%。方法应用于实际样品的测定,结果令人满意。

微尺度甲烷扩散火焰及其熄灭特性

用不同直径微/小尺度圆管对甲烷在空气中的扩散燃烧进行实验研究,分析了微/小尺度火焰的结构,考察了影响火焰高度的相关因素,详细探讨了火焰的熄灭极限特点,并拟合了淬熄速度与喷管出口直径d之间的经验关系式.结果表明,火焰的高度与喷管出口速度呈线性关系,随d减小而减小;H/d(火焰高度/喷口直径)与出口处Re值成正比,与d无关;随尺度d的减少,下限(淬熄速度)增大,火焰的稳燃区间变小,稳定燃烧条件苛刻.

微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。

喷管直径对微尺度扩散火焰特性的影响

对均匀空气流中微尺度甲烷扩散燃烧进行了数值模拟,重点考察微喷管内的流动和传热传质对微尺度燃烧特性的影响.研究结果表明,在保持燃料喷出速度一定的条件下,随着喷管直径的减小,喷管内与甲烷喷出速度相反方向上发生热量和质量的传递,燃料与空气的混合在喷管内已经发生,火焰的一部分热量回流到喷管内预热了未燃混合气,同时也增加了火焰的热损失。当管径为0.15 mm时,甲烷在微喷管内就开始发生化学反应.在进行微尺度解析计算时,必须包含一定的喷管区域。

微尺度预混合火焰结构和熄火特性研究

本文以空气中的无约束甲烷预混合火焰为对象,用实验和数值解析的方法研究了微尺度预混合火焰的火焰结构和熄火特性。实验测得不同尺寸下混合气当量比和喷出速度与熄火关系图,在不到理论当量比(φ>1)时,火焰已经熄灭,管径越小,极限混合气当量比φu越大。数值解析研究了d=0．3 mm无约束甲烷预混合火焰,在混合气当量比大于 1的富燃料燃烧条件下,空气中形成的预混合火焰结构是内层预混合火焰和外层扩散火焰,极限当量比约为1,解析结果再现了实验现象。