CO_(2)诱导肼类燃料低温反应机理研究

为研究CO_(2)诱导肼类燃料在低温下的反应机理,采用量子化学计算对肼(N_(2)H_(4))、甲基肼(MMH)和偏二甲肼(UDMH)在不同温度下与CO_(2)的反应过程与势能面进行了分析。利用分子平均局部离子化能(ALIE)与福井函数/双描述符预测了N_(2)H_(4)、MMH和UDMH的反应活性位点,通过过渡态理论获得不同肼类燃料与CO_(2)反应的路径,构建其通道势能面,根据高精度能量获得宽温度范围下热力学参数与动力学数据。结果表明N_(2)H_(4)活性位点为N,MMH活性位点为与甲基相连的N,UDMH活性位点为氨基中的N;CO_(2)诱导肼类燃料低温反应的主要产物为肼羧酸,该反应为低温正向、高温逆向反应,这与常规燃料反应呈现相反的特点;在10 MPa压力下,N_(2)H_(4)的正逆向反应转变温度最小,约为400 K,MMH的正逆向反应转变温度约为460 K,而UDMH很难与CO_(2)反应;肼类燃料与CO_(2)的反应速率常数随温度升高而增大,其中MMH反应速率常数最大,在10 MPa、453 K环境下k为3.51×10^(-8)L/(s·mol)。

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。

基于量子化学计算柴油在CO_(2)/O_(2)氛围下的燃烧特性

为研究柴油在CO_(2)/O_(2)氛围下燃烧反应机理与燃烧特性,本文提出了量子化学计算的机理与光学实验,通过分子平均局部离子化能和表面静电势分析分子的反应活性位点,通过计算化学计算了新的化学反应路径,对反应路径进行敏感性分析和简化,然后计算了火焰自然光度和火焰浮起长度,最后搭建了具备光学通道的定容燃烧弹实验平台并进行柴油燃烧的流体力学模拟。计算结果与实验结果对比结果表明,在35%CO_(2)+65%O_(2)氛围下火焰浮起长度最大误差、最小误差和平均误差分别为13.9%、0.5%和1.4%,均为可接受的误差,说明此机理适用于CO_(2)/O_(2)氛围下柴油燃烧特性的研究。高浓度二氧化碳会致使火焰发生分叉,引起湍流现象,并且二氧化碳在高温下会热解成一氧化碳和氧自由基。一氧化碳的碳端化学反应活性比氧端的大,碳端平均局部离子化能为12.62eV且静电势极小值为-0.51eV。

柴油表征燃料在高浓度CO_(2)氛围下燃烧机理的分析

为研究高浓度CO_(2)在高温高压情况下对柴油燃烧特性的影响,提出了柴油表征燃料在CO_(2)/O_(2)氛围下的燃烧反应机理.通过量子化学计算了化学反应路径并对反应路径进行分析,最后进行柴油表征燃料燃烧的仿真.通过搭建定容燃烧弹试验台架和可视化系统进行试验与仿真分析,结果表明:在50%CO_(2)+50%O_(2)氛围下,对仿真与实验的火焰燃烧极限长度和火焰纵截面面积进行对比,最小误差分别为0.39%和0.64%,最大误差分别为8.54%和4.94%,说明此机理适用于高浓度CO_(2)氛围下柴油燃烧特性的研究;CO_(2)的化学效应在柴油表征燃料燃烧时具有促进作用,CO_(2)在2600 K时发生热解,热解产物CO与H自由基等发生反应可以生成着火促进剂·OH;柴油在50%CO_(2)+50%O_(2)、43%CO_(2)+57%O_(2)和35%CO_(2)+65%O_(2)氛围下的燃烧效率比空气氛围分别提高了28.2%、30.4%和33.3%.