2024年, 第30卷, 第06期　
刊出日期：2024-12-25

  

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  RP-3航空煤油/O₂的简化反应机理优化与验证

  曾文, 徐紫馨, 张鑫炜, 胡斌, 常亚超

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 539-549.

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  采用RP-3航空煤油的简化反应机理对多工况条件下RP-3航空煤油/氧气混合物的氧化、着火延迟与层流燃烧特性进行了数值计算，并与相应试验数据进行了对比验证；同时，采用敏感性分析方法对该简化反应机理中燃料相关骨架反应机理中的基元反应进行了敏感性分析；采用遗传算法，对重要的基元反应速率常数进行优化，形成了优化后的RP-3航空煤油/氧气混合物的简化反应机理．结果表明，大部分工况条件下初始简化反应机理对RP-3航空煤油/氧气混合物氧化过程中主要组分浓度、着火延迟时间以及层流燃烧速度的预测值与相应试验值存在较大误差．同时，优化后的简化反应机理对多工况条件下RP-3航空煤油/氧气混合物氧化过程中的主要组分浓度、着火延迟时间及层流燃烧速度的预测值与相应试验值吻合较好．
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  碱(土)金属改性赤铁矿载氧体的化学链气化实验研究

  穆林, 李永麟, 李延宇, 东明, 浦航, 尹洪超, 尚妍

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 550-560.

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  本文以竹子为原料，使用天然赤铁矿作为载氧体，在固定床反应器开展化学链气化实验，探究不同工况下的气化表现．在确定最优工况后，掺杂碱（土）金属离子对载氧体进行改性，探究改性载氧体的化学链气化表现．结果表明：在反应温度为850℃、蒸汽流速为0.1 mL/min、等效系数Φ为0.204时，竹子气化效果最佳，此时合成气产量为0.99 m³/kg，气化效率为63.96%．对载氧体进行改性后，3种载氧体的碳转化率、气体产量和气化效率均得到提升．掺杂碱（土）金属离子后的载氧体中检测到能够增强赤铁矿晶格氧活性的K₂Fe₂₂O₃₄、Na₃Fe₅O₉、CaFe₂O₄和Ca₂Fe₂O₅等双金属氧化物矿物质，载氧体的比表面积和总孔体积也有一定程度的改善．钾改性的载氧体气化性能最佳，碳转化率、气体产量和气化效率分别提升至84.30%、1.13 m³/kg和72.02%．多次循环后载氧体表面均出现了不同程度的烧结现象，其中钙改性载氧体中低熔点硅铝酸盐的含量较高，且用于改性的CaCl₂的熔点也较低，烧结现象最为严重．
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  纤维素热分解机理的分子反应动力学研究

  张秀霞, 郎渤帆, 谷晓阳, 于洁, 李研泽, 刘鑫明, 林日亿

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 561-569.

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  采用基于反应力场的分子动力学模拟方法研究了纤维素热解的动态演变规律，着重考察了自由基演变历程和热解产物分布．构建原子数为1 152的纤维素大分子模型，对其进行500～2 800 K的热解模拟，得到产物分布和中间自由基的演变历程．结果表明，低温下纤维素热解以一次反应为主，主要热解产物为焦炭和生物油；高温下发生了二次反应，一次反应生成的生物油经历二次反应裂解为小分子气体或缩聚为焦炭．900 K是一次反应向二次反应的转折温度，且发生二次反应比一次反应所需时间更长．低温下纤维素热解生成的生物油中含氧量较高，高温下生物油中的含氧官能团会进一步裂解生成更小的气体分子片段，部分H在高温下迁移为气相．统计并探究了CO、CO₂、H₂O和C₂H₄O₂4种主要热解产物的演变规律，反应轨迹研究表明，除CO与CO₂之间的相互转化，CO主要通过羰基（CHO）断裂生成，CO₂的释放主要是羧基（CHO₂）的断裂和重整所致．
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  湍流燃烧二阶矩模型DNS检验研究进展的回顾

  王方, 周力行

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 570-574.

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  现有的湍流燃烧模型中，有的缺乏普适性，也有的用于大涡模拟的计算量太大．一种基于湍流流动模拟思路的统计矩方法被提出来，称为二阶矩(second-ordermoment,SOM)燃烧模型，用于非预混射流火焰和旋流火焰的雷诺平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes modeling,RANS)和大涡模拟(large-eddy simulation,LES)，以及钝体后方预混火焰的大涡模拟，已经得到实验结果的良好检验．进一步的研究是该模型的直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)检验.本文对作者以及文献中报导的SOM模型DNS检验的研究进展进行了回顾.
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  圆管内正丁醇火焰传播行为研究

  李满厚, 许治国

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 575-579.

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  本文通过自行设计的可存储燃料的高透石英玻璃管道模拟狭长受限空间，以正丁醇为燃料通过控制不同的封堵率研究受限空间液体火蔓延行为．研究表明，狭长管道内的火蔓延行为与开放空间火蔓延存在显著差异，对长100 cm、内径10 cm的管道表现为：火焰蔓延到右端、火焰蔓延到右端并发生火焰穿梭，火焰无法蔓延至另一端．管道内火焰分离，中间没有连续稳定燃烧区域．当封堵率超过63%时，火焰无法蔓延至另一端；管道内火焰分离位置随着封堵率增加而减小．
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  煤与小麦秸秆及污泥燃烧及成灰特性实验研究

  张涛, 袁天霖, 杨琨, 王长安, 车得福

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 580-589.

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  通过热重分析法实验研究探讨了烟煤耦合不同含碳废弃物时的燃烧特征参数变化规律，并进一步对掺混燃料的成灰特性进行了深入分析．实验结果表明：当小麦秸秆掺混比低于50%时，增加小麦秸秆掺混比例可以降低着火与燃尽温度，改善烟煤的燃烧特性；而当小麦秸秆掺混比增加超过50%时，燃尽温度相比低秸秆掺混比例有较大幅度升高，灰熔点有所上升，灰中矿物质的赋存形态更加复杂，从单一的SiO₂为主演变为以Si、Al、Mg、K等的氧化物为主．增加污泥的掺混比例，样品中水含量有所提高，燃尽温度与燃烧反应性指数降低，灰样中块状颗粒所占比例提高，聚团现象明显，Fe、Ca、Mg元素占比明显上升，矿物质成分从以SiO₂为主逐渐演变为以Fe₂O₃和复杂的铁盐为主，碱性氧化物比例有所升高．
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  工况参数对预混燃烧室热声振荡的影响

  曹炜, 杨凯淇, 任永杰, 郭康康, 仝毅恒, 黄卫东, 聂万胜

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 590-599.

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  针对燃气轮机模型燃烧室，实验研究了工况参数变化对热声振荡的影响．实验测量了模型燃烧室内热声耦合过程中的动态压力和CH*表征的释热率，采用高速相机捕获了火焰结构．结果表明，燃烧室动态压力和释热率相位差小于90°，燃烧室内发生了热声振荡；火焰的周期性卷曲会引起释热率的脉动，进而激发热声振荡．当热声振荡发生时，火焰结构和释热强度存在周期性波动，而稳定燃烧时基本保持不变．随着当量比的增大，热声振荡的主频和声压级增大；随着总流量的增大，火焰抬升高度和火焰宽度相应增加，释热区域向燃烧室下游延展．
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  盖层对煤堆积床阴燃过程影响的小尺度实验研究

  刘志航, 李君, 潘俊杰

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 600-608.

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  为掌握盖层影响下煤火阴燃传播情况，根据地下煤火的空间结构特征，设计搭建了实验室小尺度煤堆积床阴燃实验装置，在煤层上方放置多孔陶瓷模拟真实煤火中的上覆盖层．通过改变盖层中的裂隙特征揭示了盖层对煤阴燃传播过程及烟气排放的影响．结果表明，煤层上方存在完整的气体通路，是在盖层影响下阴燃成功点火和传播的必要条件．改变盖层中裂隙之间的距离会影响裂隙向下方煤体供氧的能力，从而影响煤阴燃到达峰值温度的时间．盖层主要对浅层煤层阴燃产生影响．随着盖层裂隙开度的减小，煤层阴燃反应速率逐渐下降，峰值温度逐渐降低；在本实验条件下，裂隙开度为4 mm时，阴燃无法传播．
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  多孔陶瓷板预混火焰热声振荡多模态转换实验研究

  王阿彪, 季晨振, 宋秀阳, 王萌铭, 潘登, 朱彤

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 609-618.

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  针对多孔陶瓷板甲烷-空气预混火焰，搭建了两端开口的Rijke管实验台，研究了当量比对多模态转换的影响，分析了不同自激振荡模态下火焰的不稳定特征．实验结果表明，当量比的变化会引起自激振荡模态转换．当燃烧功率固定为0.96 kW，增加空气流量，当量比从1.17降低到0.71时，管内压力振荡主频由163 Hz迁移至355 Hz．利用格林函数法计算Rijke管的声学特征频率，表明实验测试的两组自激振荡频率分别为Rijke管的一阶和二阶声学特征频率．不同当量比下火焰平均热释放率图像表明，高当量比火焰更易与系统低阶振荡频率耦合，这是因为此时火焰长度较高，且预混气体流速较慢，对应对流延迟时间较长．使用相平均和本征正交分解方法得到了不同振荡频率下的振荡模态，低频振荡以轴向振荡为主，高频振荡以频闪振荡为主．
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  电场辅助NH₃/CH₄燃烧的反应分子动力学研究

  洪樱珊, 王静, 黄福全, 姜曦灼

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 619-625.

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  采用反应力场分子动力学方法（ReaxFF MD）研究了电场辅助条件下NH₃/CH₄在空气中的燃烧特性．明确了反应过程中NH₃分子数、中间产物种类及重要自由基随电场强度的变化规律，以及电场强度对燃烧反应路径的影响．结果表明，电场缩短了第一个NH₃分子的分解时间，改变了NH₃消耗速率及NH₃/CH₄在空气中燃烧的系列反应路径，从而影响了氮氧化物（NO_x）生成量．从微观层面揭示了外加电场对NH₃/CH₄在空气中燃烧反应的影响，为利用外加电场调控燃烧提供了理论依据．
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  隧道车用压缩天然气动态泄漏扩散与燃爆特性

  漆琦, 黄小美, 阳东, 吕山, 陈刘洋

  燃烧科学与技术. 2024, 30(06): 626-634.

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  为探索隧道中车用压缩天然气泄漏扩散过程中浓度场演化与燃爆后果特性，采用计算流体力学方法研究不同车辆CNG泄漏总量、障碍物条件以及典型泄漏口朝向对车用压缩天然气动态泄漏扩散浓度分布特性的影响．基于泄漏扩散形成的等效化学计量气云体积变化曲线，通过数值模拟计算隧道空间形成最大等效化学计量气云时刻的点火燃爆后果．结果表明：当泄漏口朝上时在泄漏初期形成体积最大等效化学计量气云，而泄漏口朝下时等效化学计量气云体积峰值的形成有延时；车辆障碍物的存在会延缓燃气爆炸超压力的泄放，但对超压力没有明显增强作用．