2024年, 第30卷, 第02期　
刊出日期：2024-04-25

  

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  火焰喷雾热解合成Pt/TiO_2纳米颗粒的催化燃烧性能

  徐祖伟, 高富昌, 龙周禾, 赵海波

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 103-110.

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  采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了一系列不同Pt负载量的Pt/TiO_2催化剂，通过XPS、ICP-OES、AC-HAADF-STEM、H_2-TPR等表征手段分析了催化剂的成分结构和金属-载体相互作用，在固定床催化反应系统上评估了这些催化剂对CO和CH_4的催化燃烧性能．结果表明，FSP合成的Pt/Ti O_2催化剂具有较大的比表面积、Pt组分富集于Ti O_2表面，能够显著降低CO和CH_4催化燃烧的反应温度，同时也具有较好的高温热稳定性．Pt组分的多种价态对CO和CH_4的催化表现出不同的特性，氧化态的单原子Pt对CO具有很好的低温催化活性，而金属态的颗粒Pt对CH_4的转化更有利．因此FSP能够在一定范围内调控贵金属催化剂的负载状态和配位环境以适应不同催化反应的需求，提高催化剂设计的灵活性和针对性．
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  液滴群在两段自着火条件下的内群燃烧及向外群燃烧的转变数值模拟分析

  周恒毅, 刘有晟

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 111-118.

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  利用数值模拟研究了正庚烷和正十二烷液滴群在两段自着火条件下的内群燃烧及向外群燃烧转变的机理．首先分别分析了冷火焰和热火焰内群燃烧的火焰结构．进一步比较发现，虽然正庚烷与正十二烷的挥发性不同，但液滴群参数相同时其燃烧阶段一致，通过对时间尺度和蒸发进程的分析发现，该现象的原因为液滴群内燃烧是蒸发控制的物理过程，挥发性不同仅影响不同过程发生的时间．最后，对液滴群内燃烧向外燃烧过渡的算例展开分析，发现液滴群内燃烧火焰穿透整个液滴群后，液滴群内部氧气减少，形成了富燃的区域，而液滴群外部形成了传统的扩散火焰．
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  预混火焰中热声振荡非线性特征的实验研究

  吉龙娟, 李德立, 胡光亚, 张玮杰, 王金华, 黄佐华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 119-127.

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  针对旋流预混火焰热声不稳定性开展了实验研究.主要关注当量比对热声振荡系统非线性动力学行为的影响规律.实验结果表明，随着当量比从贫燃向富燃增大，火焰发生了Hopf分岔，火焰也经历了稳定燃烧、准周期振荡(拍振)、极限环振荡、准周期振荡以及稳定燃烧的模态转变过程.长燃烧室中火焰宏观结构的转变伴随着火焰动态模式的改变.当发生极限环振荡时，声压-火焰-涡流耦合作用致使反应区表现出大幅度的周期对流运动.
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  甲烷掺混对正庚烷扩散火焰中碳烟结构及氧化活性的影响

  王庚源, 张伟, 李云强, 吕刚, 宋崇林

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 128-136.

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  基于正庚烷层流扩散火焰系统以及热泳取样和探针取样系统，结合透射电子显微镜和热重分析技术，研究了甲烷掺混对碳烟颗粒的微观形貌、纳观结构和氧化活性的影响．研究结果表明，随着甲烷添加比例增大，碳烟的分形维数和平均基本粒子直径减小，表明碳烟颗粒的团聚程度下降，且生长受到抑制．此外，随甲烷添加比例增大，碳烟颗粒的微晶片层尺寸减小，曲率和层间距增大，表明碳烟颗粒的纳观结构有序度降低．另一方面，随着甲烷掺混比例从0增加到30%，碳烟样品的表观活化能减少了19.5 kJ/mol，氧化反应特征温度下降了20℃左右，表明氧化反应活性提高．氧化活性的升高与碳烟颗粒纳观结构有序度的下降和分形维数减小有关．
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  NH_3/DME火焰熄灭极限及动力学机制

  陈九伍, 苟小龙

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 137-144.

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  基于对冲流火焰实验台，获得了NH_3、DME及NH_3/DME混合物扩散火焰的熄灭极限数据，并在其基础上发展了能精确刻画NH_3/DME燃烧特性尤其是极限拉伸率的动力学模型，基于该模型对NH_3/DME的燃烧动力学机制进行了分析．研究结果表明，DME掺混比的增大有助于NH_3/DME扩散火焰可燃极限的拓展；DME的化学效应和热效应对NH_3/DME燃烧起到促进作用，且化学效应的影响更为重要，随着DME掺混比的增大，化学效应的相对重要性亦增加；与此同时，DME的输运效应对NH_3/DME的燃烧起到抑制作用；DME的掺混增大了火焰的厚度，在增大自由基生成量的同时提高了反应过程的热释放率，进而促进了燃烧、提高了燃烧过程的稳定性．
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  预混预蒸发正庚烷湍流火焰结构的实验研究

  林文隽, 代鸿超, 毛润泽, 苏守国, 蔡骁, 王金华, 黄佐华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 145-156.

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  采用预混伴流射流燃烧器(PPJB)研究了初始温度400 K的预蒸发正庚烷/空气混合物在薄反应区的湍流火焰结构．采用热线风速仪标定冷态湍流流场，CH-PLIF测量湍流火焰反应区结构，共振OH-PLIF测量湍流火焰结构特征．结果表明：高湍流条件下，反应区厚度在不考虑三维效应时最大厚度为层流火焰厚度的1.6倍，其可支持薄反应区理论对预蒸发液体燃料湍流火焰的适用性．火焰面褶皱比和湍流燃烧速度的增加与湍流强度的提升不匹配．通过对火焰面曲率和平均火焰面密度的分析，发现高湍流条件下，褶皱尺度、大小和数量变化不大．一方面，湍流可能会减弱非均匀扩散造成的差异；另一方面，更可能是由于对褶皱结构的不完全捕捉和对3D效果的忽视而引发对火焰褶皱的低估．
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  氢气掺混甲烷对湍流燃烧及NO生成排放的影响

  谭宗洋, 王丹阳, 许建国, 黄东欣, 孟华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 157-168.

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  采用非绝热火焰面-反应进度变量湍流燃烧模型和非绝热、非稳态NO计算预测模型，针对DLR双旋流燃烧室中的旋流喷射、混合和燃烧过程，开展了大涡模拟研究，获得了纯甲烷、体积分数30%和60%氢气掺混甲烷湍流燃烧的流场结构、火焰特性和NO分布的详细计算结果．分析表明，由于燃烧室中的流场主要由旋流空气所决定，掺氢燃烧的速度分布与纯甲烷燃烧没有明显区别．掺氢燃烧的外回流区温度降低，中心回流区温度升高，放热区域向上游移动，放热速率增大而放热区域减小．NO主要产生于内剪切层，外剪切层和高速剪切流的下游区域；在纯甲烷算例中，快速型和热力型机理所生成的NO数量相当，而掺氢燃烧中快速型机理所生成的NO减少、热力型机理所生成的NO则明显增多．
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  静电场作用下航煤氧化结焦过程分析

  赵旭东, 韩之雄, 贾贞健, 周伟星

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 169-178.

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  航空发动机燃烧室工作环境恶劣，导致燃油组分同溶解氧反应引发氧化沉积．通过对金属平板表面沉积的研究，分析电场对氧化结焦过程的影响．搭建了金属平板氧化结焦实验系统，对不同物理条件和电场性质下的结焦情况进行分析．研究表明：随着温度升高、表面粗糙度增加，结焦量增多；金属对焦体有催化作用而改变结焦形貌；电场的加入使焦体颗粒的粒径和融并现象发生变化，采用负电场时，表面结焦量大幅降低，焦体内部元素含量和结构发生改变，电场强度使结焦颗粒间排斥作用增大，抑制结焦过程，采用正电场时由于电场方向的改变促进了沉积向壁面的移动，使结焦量增加．
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  不同稀释条件下湍流扩散射流火焰推举和吹熄特性研究

  熊世文, 王强, 吕将, 胡隆华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 179-186.

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  为了安全高效地利用低污染燃烧技术，使用丙烷作为燃料，通过改变稀释气体种类(He/N2/CO2)、燃料摩尔分数(0.5～1.0)和射流速度(1.5～55 m/s)，采用实验方法研究了不同稀释气体下湍流扩散射流火焰推举高度和吹熄极限．研究表明，对于完全湍流推举火焰，当燃料摩尔分数由1.0下降至0.5时，射流速度每增加1 m/s，火焰推举高度由增加0.18 cm上升至增加0.34 cm(氦气)、0.45 cm(氮气)和0.59 cm(二氧化碳)．通过在预混火焰模型中加入燃料摩尔分数这一表征稀释程度的项，修正了Kalghatgi提出的预混火焰预测推举高度模型．同时，当燃料摩尔分数从1.0下降至0.5时，火焰吹熄速度从55 m/s下降至26 m/s(氦气)、16 m/s(氮气)和10.5 m/s(二氧化碳)，验证了Kalghatgi提出的预混火焰模型在预测不同稀释气体和稀释度条件下预测吹熄极限的适用性．
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  气体介质与脉冲参数对纳秒脉冲放电特性的影响

  钟郑涛, 陈韬, 何邦全, 赵华

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 187-195.

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  在定容弹内研究了介质压力、介质成分以及纳秒脉冲电源所控制的4个脉冲参数(脉冲输出电压、脉冲宽度、脉冲次数、脉冲频率)对纳秒脉冲放电过程的影响．结果表明：介质压力上升，首个脉冲和首个击穿脉冲的电极释放电压均上升，高压维持数增加，首个击穿脉冲的放电能量上升．增大脉冲输出电压可以减少高压维持数，但不改变击穿电压．增大脉冲宽度同样不改变击穿电压，但明显提升了首个击穿脉冲的放电能量．改变容弹内介质中CO_2的浓度，首个脉冲和首个击穿脉冲的释放电压、放电能量、高压维持数均增加．升高脉冲频率增强了在不同环境条件下脉冲击穿能力，但不影响能量注入总量．在确保击穿的情况下，脉冲次数的增加则能显著增大脉冲注入的能量，增大粒子云团面积，有助于实际点燃过程．
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  二甲醚/空气湍流分层燃烧的直接数值模拟与机理研究

  谭莉, 亢银虎, 卢啸风

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 196-204.

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  针对内燃机条件下分层燃烧的情况，采用直接数值模拟方法，研究了温度分层对二甲醚(dimethyl ether,DME)/空气预混气湍流分层燃烧过程的影响机制．结果表明：与零维反应器内的均质自着火过程相比，湍流分层燃烧延长了整体燃烧过程的持续时间，平均释热率峰值明显降低；输运预算分析揭示了着火锋面的传播存在自燃波与爆燃波两种着火模式，随着温度分层程度的增大，爆燃模式逐渐增强，进而导致高温着火提前；化学爆炸模式分析明晰了燃料着火的演变过程，并且利用相关准则数准确揭示了控制低温与高温着火过程的关键变量与基元反应．研究结果对于DME均质压燃式内燃机的设计以及燃烧过程调控具有借鉴意义．
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  塔式低排放旋流器斜径向角对燃烧性能的影响

  顾万泉, 程旭, 王俊, 刘潇, 许博文, 郑洪涛

  燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 205-212.

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  针对原型燃烧室在贫预混燃烧情况下设计了一种塔式分级旋流器，旨在降低燃烧室出口的NO_x以及CO排放．通过使用Fluent软件进行数值模拟，研究了设计工况下塔式旋流器不同斜径向角对燃烧性能的影响．结果表明：斜径向角对燃烧效率的影响差异在0.1%以内，随着斜径向角的增大，燃烧室内回流区后中轴线温度逐渐降低；燃烧室高温区面积逐渐减小；总压损失呈先减小后增大的变化趋势，出口温度不均匀性OTDF值逐渐减小最低达25.82%；出口NO_x排放逐渐减小，低至33.9×10~(-6)．综合来看，斜径向角为45°时燃烧室整体性能最优．