平板狭缝间C1~C4烷烃/空气预混射流火焰的燃烧特性

对平行平板狭缝间C₁~C₄烷烃预混射流火焰进行了实验研究,考察了壁面温度、狭缝间距、当量比、燃料种类等对火焰形态和稳定性的影响,并利用高速相机获得了狭缝间的火焰图像。结果表明,随着狭缝间距的减小,火焰经历了稳定、脉动和熄火3个阶段。其中,火焰脉动发生在大于熄火间距的狭小范围内,其脉动频率随着壁面温度的升高而增加。对同一种燃料,当预混气当量比和壁面温度保持恒定时,火焰的脉动频率在脉动发生的区域内保持不变。对比C₁~C₄烷烃预混火焰的脉动频率及脉动火焰持续距离范围,发现甲烷预混火焰的均最小,而其他3种燃料则比较接近。     

预混火焰在平板狭缝中淬熄的数值研究

通过模拟甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰在平行板狭缝中传播与淬熄,获得了不同速度预混火焰在不同避面温度不同大小狭缝间距中传播的淬熄距离,研究了预混火焰传播速度、狭缝间距、壁面温度与淬熄长度之间的关系式,并对甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰的淬熄特性进行了比较.     

甲烷/空气预混火焰在平板狭缝中传播与淬熄的研究

通过模拟甲烷/空气预混火焰在平行板狭缝中传播与淬熄的过程,获得了不同火焰速度的预混火焰在不同狭缝宽度、壁面温度的狭缝中传播的淬熄距离,找到了火焰传播速度、狭缝间距、壁面温度与淬熄长度之间的无量纲关系式,找到了淬熄长度与影响淬熄各因素间的无量纲常数C,并作出了常数C算图,能为阻火器的研究设计及工程应用提供参考.     

微型定容燃烧腔内C_2～C_4烷烃/空气火焰传播

在直径35 mm、高度2 mm光学可视的定容燃烧腔内,实验研究了常温常压静止乙烷/空气、丙烷/空气和正丁烷/空气预混气在燃烧腔中心由电火花点燃后向外传播的火焰传播特性。结果表明:3种燃料空气混合气可形成火焰传播的当量比范围不同,范围由大到小排序为乙烷丙烷正丁烷;3种燃料均存在由光滑火焰面向褶皱火焰面转变的传播形态;在微型定容燃烧腔内,3种燃料的火焰传播速度均低于常规尺度下定容燃烧弹内火焰传播速度,且火焰传播速度随半径增加而减小;随着当量比增加,火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象,在高当量比情况下,火焰传播会出现短暂停滞。     

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。     

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。     

五彩湾煤及其显微组分直接液化中的气相产物

在微型高压反应釜中,将五彩湾煤(WCW)及其镜质组(WCWV)和惰质组(WCWI)加氢液化,用气相色谱分析气体产物组成.结果表明,在380℃时,气体产率的次序为:镜质组惰质组五彩湾煤;在420℃时,气体产率的次序为:镜质组五彩湾煤惰质组;三种样品在液化过程中,C_1~C_4烷烃类气体(以下简称C_1~C_4)及CO_x气体含量随温度升高的变化趋势不同,对于WCW,C_1~C_4及CO_x气体含量随温度升高增加较明显;对于WCWI,C_1~C_4及CO_x气体含量随温度升高略有增加;对于WCWV,C_1~C_4及CO_x气体含量随温度升高反而降低;液化气体产物的分布特点为:C_1~C_4含量依次为CH_4C_2H_6C_3H_8C_4H_(10),其总量约为CO_x气体的3倍,在C_1~C_4中CH_4约占67%,C_2H_6约占22%,在CO_x气体中CO_2含量约占69%,气相产物总体呈现出"富"烷烃、"富"甲烷及"富"二氧化碳的特性.     

氧化锆基涂层壁面改善火焰稳定性研究

从调控燃烧室壁面热和化学性能角度出发,利用大气等离子喷涂技术制备了ZrO₂和ZrO₂+Al₂O₃两种陶瓷涂层壁面,并结合OH平面激光诱导荧光（OH-PLIF）技术研究了涂层材料对平板通道内甲烷/空气预混火焰特性的影响。涂层材料表征结果显示,高温热喷涂能使混合材料内部形成部分Zr-Al固溶体,表面分布的晶格氧含量明显增加。ZrO₂基混合材料热导率的增加也会增强流向导热作用。狭缝燃烧实验证实相比使用纯ZrO₂涂层,混合一定量Al₂O₃在不同壁温、当量比条件下均能有效降低火焰淬熄间距,表现出更好的燃烧稳定性。特别是随着壁温升高、通道间距缩小,ZrO₂+Al₂O₃近壁面区域以及火焰核心区OH基浓度均显著提高。     

氧化铝载体孔结构对长链正构烷烃(C_(16)～C_(19))脱氢Pt-Sn-K/Al_2O_3催化剂性能的影响

通过N_2吸附-脱附法对4种Al_2O_3载体进行孔结构表征,采用等体积真空浸渍法制备Pt质量分数0.5%的Pt-Sn-K/Al_2O_3催化剂,以直链烷烃C_(16)~C_(19)脱氢反应为探针,考察Al_2O_3载体孔结构对催化剂脱氢性能的影响。结果表明,催化剂载体的孔容、平均孔径和比表面积之间存在相互制约的关系。载体孔容和平均孔径大,则其比表面积相对较小。对于直链烷烃C_(16)~C_(19)脱氢催化剂,较大孔容、孔径和一定比表面积的Al_2O_3载体为最佳,孔容和孔径较小的催化剂脱氢活性和稳定性较差。     

高温对浆态床中Fe-Cu-K-Si催化剂费托合成反应性能的影响

为了研究高温对费托铁基催化剂性能的影响,在浆态床反应器中考察了高温对Fe-Cu-K-Si费托合成催化剂反应活性及选择性的影响。催化剂评价结果表明,与265℃相比,320℃下搅拌釜内浆液高度降低22%,但液面高度保持平稳;CO转化率提高了20%,CO_2选择性降低了2%左右。提高反应温度后,CH_4和C_2~C_4选择性分别提高了4.7%和11.72%,C_2~C_4的烯烷比提高了1.99;C_3的烯烷比从4.27提高到7.64,C_2的烯烷比从3.00提高到3.87,但是C3的烯烷比提高幅度明显高于C_2。升高温度可提高费托合成的CO转化率、C_1~C_4低碳烃选择性及烯烷比,但也降低了C_(5+)的选择性。因此,工业生产中要根据烃类产品分布的实际需要来控制反应温度。     

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。     

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13 ml/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。     

稀薄燃气多孔介质燃烧二维火焰数值模拟

对稀薄低热值气体在多孔介质燃烧中的二维火焰温度分布进行了数值模拟。在一定工况参数下,考察了多孔介质二维火焰峰面和温度分布特性,以及火焰峰面传播过程。详细分析了当量比、燃气流速、及壁面热损失等工况参数对燃烧火焰和高温峰值的影响。结果表明,在火焰传播过程中,火焰峰面形状逐渐变化,导致高温区域分布逐渐改变;随着当量比增加,近壁面处的火焰峰面倾斜程度逐渐减少,火焰峰面逐渐向上游传播,火焰峰面形状由梯形分布逐渐转变成两侧向下倾斜的直线分布;燃气流速对火焰峰面形状和位置的影响与当量比相反;壁面热损失引起火焰峰面倾斜,对火焰位置影响较小。     

不同CO_2浓度下负直流电场对C_3H_8/O_2/Ar/CO_2预混火焰的影响规律

为了揭示电场对火焰效应与火焰传播速率的关系,在定容燃烧弹上研究了常温常压下、负直流电场(U=0、-5、-10 kV)对当量燃空比φ为1.0的C_3H_8/O_2/Ar/CO_2预混火焰影响规律随混合气中CO_2掺混浓度(混合气中CO_2体积分数分别为0、10%、15%、20%)的变化关系。实验结果表明:给定加载电压,随着CO_2掺混浓度的增大,C_3H_8/O_2/Ar/CO_2预混火焰传播速率降低,规范化火焰变形率与平均火焰传播速率变化率均增大。当U=-10 kV时,CO_2掺混浓度为0、10%、15%、20%时对应的平均火焰变形率分别为1.01、1.31、1.80、3.12,平均火焰传播速度变化率分别为10.87%、17.87%、19.16%和34.63%。研究结果表明负直流电场对C_3H_8/O_2/Ar/CO_2火焰传播的促进效应随着火焰传播速率的降低而显著增强。     

乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧

采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。使用乙醇为燃料,在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内,进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。结果表明:荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式,对应的荷质比在脉动模式下最低,到达锥-射流模式后出现跃升,在锥-射流模式下最为稳定。荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧,火焰温度随着当量比增大先上升后下降。火焰温度在当量比=1.0时达到最高值,且随电压增大而上升。锥-射流模式下,当量比=1.0时,燃烧效率可达89%,燃料转换效率可达90%。稳定的雾化模式以及合适的当量比,对燃烧效果具有较大的改善作用。     

微型定容燃烧腔内C2~C4烷烃/空气火焰传播

在直径35 mm、高度2 mm光学可视的定容燃烧腔内,实验研究了常温常压静止乙烷/空气、丙烷/空气和正丁烷/空气预混气在燃烧腔中心由电火花点燃后向外传播的火焰传播特性。结果表明：3种燃料空气混合气可形成火焰传播的当量比范围不同,范围由大到小排序为乙烷>丙烷>正丁烷;3种燃料均存在由光滑火焰面向褶皱火焰面转变的传播形态;在微型定容燃烧腔内,3种燃料的火焰传播速度均低于常规尺度下定容燃烧弹内火焰传播速度,且火焰传播速度随半径增加而减小;随着当量比增加,火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象,在高当量比情况下,火焰传播会出现短暂停滞。     

低温干馏煤气/富氧大当量比燃烧实验及数值模拟研究

在内热式低温煤干馏中,引入富氧燃烧,同时提高煤气当量比,是在维持炉内温度分布基本不变的前提下提高煤气质量的有效途径。通过不同富氧比及不同尺寸烧嘴下的大当量比煤气/富氧燃烧实验结合数值模拟分析,探究了富氧低温干馏中的内热火焰温度分布特性及其受工艺条件和烧嘴尺寸的影响。结果表明:增大富氧比的同时增大燃料当量比可以维持平均火焰温度与空气助燃工况基本一致,但火焰锋面温度受局部当量比及流动条件影响;减小燃料及氧化剂射流的初始速度差,可以减缓组分混合、延长火焰并降低火焰锋面温度;煤气中三种气体按参与反应的速率快慢排序依次为氢气、一氧化碳、甲烷,随着燃烧反应进入湍流混合速率控制模式,组分间的选择性燃烧特征相对减弱。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

高浓度丙酮VOCs高温预热近极限贫燃预混火焰特性的数值分析

为进一步对一种丙酮挥发性有机化合物（VOCs）焚烧炉进行设计优化和运行参数调节,本文对其在不同的燃料当量比、预热温度下的火焰特性进行了数值模拟,分析了其绝热火焰温度、着火延迟时间、火焰传播速度和一维火焰产物分布特性。研究结果表明：典型当量比（约0.113）下的绝热火焰温度为850~900℃,属于中低温燃烧,绝热火焰温度随预热温度和当量比（0.06~0.4）的升高均线性升高。预热温度和化学当量比对着火延迟时间的影响十分敏感。在其典型贫燃条件下,层流火焰传播速度随预热温度升高呈指数函数关系增大,随化学当量比增大而缓慢升高,且其层流火焰传播速度不超过150cm/s。反应过程首先发生丙酮的分解和部分氧化,并持续时间较长,仅当混合物的温度升高一定程度后才发生较剧烈的CO氧化。