2024年, 第30卷, 第01期　
刊出日期：2024-02-25

  

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  喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机燃烧稳定性影响研究

  刘海峰, 王冠月, 文铭升, 明镇洋, 崔雁清, 尧命发

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 1-8.

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  基于一台光学发动机，在1 200 r/min转速下，采用进气道低压喷射氨气，缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式，应用火焰高速成像方法，研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律．结果表明，直喷燃料喷射压力降低，导致正十二烷浓度分层增大，自燃着火点增多，更有利于正十二烷引燃均质预混合的氨气；直喷压力在30 MPa和60 MPa工况下，火焰初期NH3燃烧的橘色火焰占主导，之后呈现正十二烷预混蓝色火焰与NH3橘色火焰叠加现象；在90 MPa喷射压力下，火焰发展初期正十二烷预混蓝色火焰占主导，随着燃烧发展NH3橘色火焰的比例逐渐增多．在30 MPa喷射压力下，缸内直喷正十二烷可以实现90%氨气比例的稳定着火，但是燃烧反应速率过低，燃烧持续期过长．进气温度从100℃升高到125℃后，自燃着火点数量增加，氨双燃料燃烧反应速率提高，放热率峰值增大；然而进气温度进一步从125℃提高到150℃时，对燃烧压力和放热率影响很小．上述研究表明，较低的直喷燃料喷射压力和适当提高进气温度更有利于氨燃料的稳定着火以及燃烧速率的提升和氨在双燃料中占比的提高．
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  NH_3/H_2预混合气激光点火特性实验

  张俊杰, 江鑫, 刘昀洋, 胡二江, 黄佐华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 9-16.

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  基于定容燃烧弹，在不同初始压力、当量比和掺氢比条件下，对NH_3/H_2预混合气进行了激光点火实验研究，分析了不同条件下的火焰发展形态及最小点火能量E_(MI)．研究发现，随掺氢比的增加，火焰受浮力的影响减弱，火焰边界逐渐清晰；升高压力能降低混合气的E_(MI)，但不同当量比混合气的E_(MI)受压力改变的影响程度不同；纯氨气的火焰发展极不稳定且E_(MI)极高，掺混H_2后能极大降低E_(MI)，可以有效拓宽氨气的可燃使用范围，其中掺氢比为10%时，E_(MI)降低效果最明显．
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  过渡金属掺杂对MnO_x-CeO_2低温SCR性能的影响

  孙雨霖, 王智化, 唐海荣, 班云飞, 刘佩希, 何勇, 朱燕群

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 17-24.

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  通过水解驱动氧化还原法合成了掺杂过渡金属的2Mn-Ce-M(M为Fe,Cu,Ni,Cr)催化剂，考察了过渡金属掺杂对低温SCR脱硝性能的影响．其中2Mn-Ce-0.2Cr催化剂比表面积较大，氧化还原能力适中，具有丰富的酸性位点和氧空位、最高的化学吸附氧含量及酸位强度，有利于低温下NH_3-SCR反应的顺利进行．2Mn-Ce-0.2Cr催化剂的低温NH_3-SCR活性最好，能在100～225℃的宽温度区间内保持80%以上的NO_x转化率，在125℃时NO_x转化率更是达到99.1%，为中低温催化还原烟气中的NO_x提供了新思路．此外，2Mn-Ce-0.2Cr还具有良好的抗硫抗水能力，在150℃下，加入40×10~(-6)的SO_2反应5 h，其催化活性稳定在98%；在3%的水蒸气下，其效率保持在95%以上．
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  光流法测速在点火过程研究中的应用

  宋尔壮, 雷庆春, 范玮

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 25-31.

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  光流法作为一种运动图像分析方法，正在越来越广泛地被应用于燃烧诊断领域，它能够定量获得火焰面位移速度．在强迫点火过程研究中，准确测量火核的演变速度能够更清楚地揭示其物理化学过程本质，基于此，本文验证了利用光流法研究点火过程的可行性，并分析了其准确度，研究了静止混气和扩散射流中的强迫点火过程，定量展示了强迫点火过程中火核的发展速度，可为点火模型的建立提供数据支撑．结果显示，射流中火核的发展速度呈现先慢后快的特点，并且在发展过程中，其速度矢量场中会出现多个发散源．
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  两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NO_x排放特性

  屈海俊, 苟小龙

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 32-42.

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  为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_x排放特性和影响NO_x生成的动力学机制，对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究．结果表明：在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下，NO_x排放可降至54×10~(-6)(15%O_2).H+O_2(+M)=HO_2(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_x排放的关键反应．燃烧压力的升高会促进NO与HO_2反应并转化为NO_2．对于氨-氢混合燃料而言，过高的掺氢比(60%～80%)会导致NO_x排放显著升高，而根据壁面热损失程度的不同，适当的掺氢比(35%～55%)则有利于实现较低的NO_x排放(54×10~(-6)～86×10~(-6 )(15%O_2)).
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  基于鼓泡-引射耦合的柴油初次雾化

  董新宇, 方振昌, 李佳奇, 唐新程, 吕钊, 乔信起, 孙春华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 43-52.

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  针对斯特林发动机小负荷燃油雾化不良问题，提出了基于鼓泡-引射耦合的雾化方式．基于VOF(Volume of Fluid)仿真研究了鼓泡喷嘴内气液流态，并依据时间线性稳定性分析，对射流液膜失稳和破碎进行数学描述，建立了鼓泡-引射耦合下的初次雾化模型．分析了气液质量比R_(GL)(gas-liquid mass ratio)、负荷对初次雾化的影响，并与传统雾化方式比较．结果表明：增大R_(GL)会促进射流失稳、减小液滴粒径．相较于传统雾化方式，鼓泡-引射耦合下小负荷索特平均直径SMD减小约62%，雾化质量显著提高．
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  STS304管表面“氧化+结焦”处理对碳氢燃料热解结焦的抑制作用

  李浩文, 杨子昕, 张威, 宋谦石, 汪小憨

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 53-60.

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  采用氧化或结焦方式对STS304内表面进行预处理，得到反应管O-STS304、C-STS304、OC-STS304，将其与STS304和TA管开展SEM/AFM表面形貌、表面元素XPS和导热系数等参数测试．结焦引入碳层增加了STS304内表面的粗糙度以及导热热阻，但一定程度抑制了催化结焦，同时提高了管材耐温性．采用MCH热解结焦实验发现，氧化和结焦预处理对热解影响很小，结焦处理可以显著降低催化反应管的结焦速率，5种管材的结焦速率排序为STS304>O-STS304>OC-STS304>TA>C-STS304．因此，对镍基催化反应管进行结焦预处理可以有效抑制结焦．
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  火焰合成Pt修饰CuO氧载体低温化学链燃烧特性

  龙周禾, 徐祖伟, 邹祥波, 叶骥, 匡草, 赵海波

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 61-68.

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  采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了Pt修饰CuO纳米氧载体材料(FSP-Pt/Cu O)，首先通过XRD、SEM等表征手段分析了Pt/CuO的结构和组成；通过热重分析仪、化学吸附仪对比研究了FSP合成的CuO、Pt/CuO以及商用CuO纳米颗粒的化学链燃烧反应性能．结果表明，FSP-Pt/CuO氧载体材料与H_2、CO、CH_4的还原反应温度能够分别降低到200℃、105℃、290℃以下．进一步考察了H_2、O_2不同浓度对Pt/CuO氧载体还原、氧化特性的影响，并测试了Pt/CuO氧载体的低温化学链燃烧循环稳定性．最后通过Pt/CuO氧载体颗粒表面的氢溢流原理对低温化学链燃烧过程进行了模型机理解释．
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  一种基于火灾图像和人工智能的热释放速率计算方法

  王自龙, 张天航, 黄鑫炎

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 69-74.

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  火焰的热释放速率是描述火灾行为和危险性的重要参数之一，然而由于火灾场景的复杂性，传统的火灾热释放速率测量方法无法适用．本文旨在探索一种基于人工智能和图像的火灾热释放速率预测方法，用于火灾场景下火灾强度的识别，进而为消防应急救援提供依据．用于火灾热释放速率识别的深度学习模型(SwinTransformer)由美国国家标准技术研究所公开的火灾图像量热数据库训练而成，其中包含火灾测试89例，不同时刻的5万多张火灾图像．所得模型可根据火灾场景下拍摄的火灾图像实时识别火灾的大小．其预测结果表明，即使在不同火源的场景下，深度学习模型可以通过当前的火灾图像对火灾热释放速率进行有效识别，这将为未来的智慧消防系统开发提供有效的支持．
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  坡度条件下不同长宽比矩形火源燃烧火焰贴地长度实验研究

  李权, 陈宇航, 苗延利, 胡隆华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 75-81.

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  利用可变角度实验台，改变斜坡角度(10°～50°)、热释放速率(12.3～24.6 kW)以及燃烧器长宽比(1～6)，开展了一系列燃烧实验，研究了火焰贴地长度随这3个因素的演变规律．结果表明，随着斜坡角度、火源热释放速率及燃烧器长宽比的增加，火焰贴地长度增加．对于相同的坡度和火源热释放速率，随长宽比增大，贴地长度增幅范围在65%～105%之间．基于斜坡诱导压差与火羽流浮力共同作用的物理机制分析，并考虑到燃烧器长宽比对火焰卷吸行为的影响，提出了无量纲火焰贴地长度预测模型．
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  黄铁矿在CO_2气氛下非等温氧化转化及动力学分析

  黄芳, 况怡婷, 张立麒, 米铁, 辛善志, 刘晓烨

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 82-90.

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  针对煤中常见含铁矿物黄铁矿在富氧燃烧典型气氛下转化特性，通过同步热分析结合烟气分析研究了黄铁矿在CO_2气氛下的转化行为．结果发现，黄铁矿在CO_2气氛下主要经历5个失重阶段且均为吸热过程，首先是黄铁矿颗粒表面硫脱除的起始热解段(相界面反应，n=1/2)，活化能低于其在N_2气氛下近30 k J/mol，为220.27 k J/mol，随后裂解成磁黄铁矿(三维扩散，n=1/2)活化能与其在N_2(177.27 k J/mol)下接近为178.1 k J/mol；温度高于690℃，随着升温磁黄铁矿缓慢失硫，CO_2逐渐参与磁黄铁矿转化且释放SO_2和CO;820～1 150℃经历双峰失重峰阶段，820～1 020℃，氧化气体产物SO_2大量生成且在约1 000℃达到体积浓度峰值；最后1 020～1 150℃，坩埚中残留物大量与CO_2持续氧化反应失重形成SO_2和CO，坩埚中形成复杂物相体系，铁硫化物和铁氧化物共存(或共融)．CO_2参与黄铁矿产物转化失重阶段活化能分别为180.94 k J/mol、229.69 k J/mol和243.46 k J/mol，动力学机制均为成核与生长(n=1).
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  铁颗粒非均相着火模型与着火特性研究

  蔡平, 徐义华, 胡坤, 陈宣任, 杨志豪, 孙海俊, 任冠龙

  燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 91-102.

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  基于缩小未反应核模型，考虑氧化层对氧气的扩散影响，构建了空气中Fe颗粒的非均相着火模型．模型计算的着火温度与实验着火温度的最大误差为6.95%，与Mi等的着火模型对比，两者所计算的颗粒升温速率基本一致，着火延迟时间的数量级相同．基于该模型研究了环境压强、氧气浓度、初始氧化层厚度和颗粒粒径对着火温度、着火延迟的影响．结果表明：着火温度、着火延迟时间随环境压强、氧气浓度增大而减小，随初始氧化层厚度增厚而增大；粒径小于10μm的范围内，着火温度随粒径减小而增大，粒径在10～50μm范围内，粒径对着火温度影响不大；随着粒径增加，着火延迟时间增加．