2025年, 第31卷, 第03期　
刊出日期：2025-03-25

  

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  燃料灵活性对不同入口条件下微混组合喷嘴燃烧特性的影响研究

  陈登科, 刘伟, 邱朋华, 孙锐, 陈孟石, 赵义军, 张林瑶, 刘栗, 邢畅

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 235-244.

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  针对中/低热值合成气，基于环形射流微混组合喷嘴，在不同的绝热火焰温度和喷嘴出口空气流速下，开展了热态试验研究．结果表明：燃用中热值合成气时，射流火焰相互独立，随着绝热火焰温度增加，火焰结构由V型转变为M型，火焰释热率逐渐增加．燃用低热值合成气时，射流火焰之间出现明显的叠加合并现象．CO生成量会随着绝热火焰温度及流速的增加而增大，但在试验工况下，均不高于■.NO排放随绝热火焰温度增加快速增多，但均不高于■，流速增加有利于降低NO排放，同时低热值合成气相较于中热值合成气有更低的NO排放能力．
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  基于物理信息神经网络求解燃烧问题

  刘诗雨, 王海鸥, 罗坤, 樊建人

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 245-254.

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  提出基于物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)框架求解燃烧问题．考虑三类不同燃烧问题来评估模型性能：零维绝热恒压反应器、一维层流预混自由传播火焰和二维层流非预混三叉火焰．结果表明，在零维和一维问题中，PINNs可以实现不同燃烧工况模拟，准确预测着火延迟时间或层流火焰速度．在二维问题中，PINNs能够较好预测速度，组分质量分数、温度等变量分布、准确捕捉火焰结构．本文工作发掘了PINNs应用于实际燃烧问题的潜力，为结合物理信息约束的燃烧模型开发提供了新的思路和方法．
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  空气涡环对线缆火的远程吹熄机制研究

  权赛南, 吕敬龙, 梁柏镰, 熊才溢, 黄鑫炎

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 255-262.

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  涡环是一种特殊的流体结构，具有持续旋转和稳定传播的特点，在远程灭火方面展现出良好的潜力．以空气涡环为介质，研究了其作用下线缆火的燃烧行为和熄火现象．实验发现，空气涡环的能量耗散比普通气流更低．在相同出口面积和流速下，空气涡环能在更远距离处更快吹熄火焰．考虑到线缆火的蔓延行为，涡环灭火时的火焰-涡环相对位置会不断变化，进一步测定了空气涡环灭火效率的空间分布特性，并分别基于涡核近场环量和火焰根部拉伸率构筑了涡环引发火焰熄灭的临界判据．本研究可为发展基于空气涡环的远程清洁灭火技术提供思路．
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  湍流预混燃烧条件下的壁面热流模型

  李坤霖, 王利坡

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 263-270.

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  针对统计稳态的对冲构型预混湍流燃烧的等温壁面热流计算进行建模．为排除实验或数值中可能出现不确定性，选用三维的直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的结果作为对比参考．计算结果表明该模型具备在不同过滤尺度下衡量壁面热流统计信息的能力，并且比直接采用过滤后温度梯度及湍流导热系数以衡量壁面热流的方法表现更好．模型在不同过滤尺度下表现出良好的预测稳定性，另外将该模型植入已有求解器十分简单便捷．
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  生物精炼工艺中木质素残渣的乙醇液相催化解聚研究

  石靖康, 骆仲泱, 孙浩然, 钱潜, 魏琪

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 271-278.

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  针对玉米秸秆水热制备航油过程和杨木发酵制备乙醇过程中产生的木质素残渣，采用超临界乙醇催化解聚的方法将其转化为单酚类化合物．反应温度为280℃、反应时长12 h时，木质素的液化率可达到86.3%，单体酚类的产率最高分别达到2.43%和1.89%．进一步的GPC和2D HSQC NMR检测结果表明，木质素解聚油中存在大量以α-O-4、5-5’、5-O-5’和二苯乙烯结构连接的二聚体和三聚体，针对此类顽固的化学键开发高效催化剂是提高木质素单酚产率，挖掘木质素高值化利用潜能的关键．
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  二氧化硒气相扩散系数实验研究

  吴小龙, 罗光前, 邹仁杰, 方灿, 李显, 姚洪

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 279-285.

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  针对扩散管法无法有效对固体的气相扩散系数测量的问题，设计开发了气相扩散系数测量系统，研究了二氧化硒在不同气体体系、不同体系温度下的气相扩散系数．基于Stefan扩散管模型，推导出与固体物质质量变化相关的扩散系数计算公式．通过开发的测量系统对萘在空气中的扩散系数进行测量，发现与文献中测量值相近，进一步验证了实验方法的准确性．通过在单工况气体氛围和混合工况气体氛围中的实验，修正了FULLER公式中的系数值，拟合得出在393～433 K范围内SeO₂气相扩散系数的公式．结果表明：在单工况气体氛围中，实验值和模型计算值的误差均在10%以内，且拟合后曲线的R²>0.97；在混合工况下，拟合后曲线的R²>0.95，验证了修正后模型的准确性．
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  生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气内的着火及反应区扩展特性研究

  张磊, 赵潇楠, 陈宁

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 286-296.

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  基于生物柴油真实组分构建其燃烧反应机理，并与正丁醇燃烧反应机理整合，获得了一个包括218个组分和856个反应的联合燃烧反应机理，用于模拟研究两种燃料组合应用于内燃机先进燃烧方式的基本特征．利用实验数据对所得联合反应机理进行了验证并将其与大涡模拟模型进行整合，用于模拟研究生物柴油喷入正丁醇-空气预混合气的着火及燃烧过程．基于恒定容积燃烧室的实验数据，对所得燃烧模型的准确性进行了充分的验证．利用改进后的燃烧模型，模拟研究了不同预混氧气浓度、缸内初始温度等参数对着火及反应区扩展特性的影响，并且获得了碳烟、氮氧化物等主要污染物的排放特性．
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  旋流燃烧室温度场低阶预估模型

  吴子恒, 张弛, 张广岩, 王柏森

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 297-310.

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  温度场空间分布是燃气轮机燃烧室设计中需要考虑的重要参数，通常由三维数值模拟和高精度实验测量手段获得，然而对于几何形状复杂的燃烧器，实验和模拟耗时长、成本高，导致燃烧器迭代设计过程效率低．本文研究了基于高斯羽流模型的混合分数空间分布低阶模型，基于V型火焰面几何结构假设和湍流火焰厚度函数发展化学反应进度变量空间分布模型．在此基础上基于温度、混合分数、化学反应进度变量的强关联函数，构建温度场预估模型．基于DLR燃烧室高精度实验数据和三维数值模拟数据开展验证，结果表明，模型可以较为准确地预测混合分数场和温度场的空间分布．将该预估模型应用于实际旋流杯燃烧室，同样具备良好的预估效果．上述对比结果表明，该预估模型在燃气轮机燃烧室设计和方案评估中具有一定的应用前景．
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  氨对苯同轴扩散火焰中碳烟生成特性的影响

  余荣浩, 徐义书, 成晓北, 张凯

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 311-321.

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  芳香烃是汽油、柴油、航空燃料中的重要组成部分，同时芳香烃存在成碳倾向大等问题．通过热泳采样结合透射电子显微镜（TEM）以及图像数据提取方法探究了氨/苯同轴扩散火焰中碳烟形态以及粒径变化规律，同时使用化学动力学模拟对氨/苯火焰中多环芳烃（PAH）生成反应路径进行分析，最后使用虚拟氨气对化学效应和热效应进行解耦．结果表明，掺氨后火焰可视化高度增加，火焰上游淡黄色区域延长．同时，平均峰值粒径减小，掺氨比例为40%时，峰值平均颗粒粒径由36.81 nm降为34.71 nm，降幅为5.70%．氨气的加入消耗了反应体系中更多H自由基，固定部分有效C原子，H、C₂H₂、C₃H₃、PAH等组分浓度降低．PAH主要生成、生长路径A1-+A1=P2+H以及HACA反应受到抑制．与整体化学效应相比，热效应主导了对火焰中各组分的抑制作用．化学效应可分为燃烧温度效应以及额外路径效应，两者相互制约，整体表现出对各组分浓度的促进作用．在火焰上游，掺氨所引起的热效应主导了碳烟成核、生长过程的延缓．火焰中下游，燃烧逐渐剧烈，燃烧温度效应与热效应竞争下，额外路径效应导致了对碳烟生长的抑制作用，最终使火焰中的峰值平均颗粒粒径减小．
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  重型甲醇直喷点燃发动机燃烧系统开发数值模拟

  徐一森, 尧命发, 王浒, 张智

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 322-330.

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  基于某重型甲醇气道喷射（PFI）发动机开展缸内直喷点燃（DISI）燃烧系统开发，系统研究了进气道结构和喷油策略等对重型甲醇DISI发动机流动、燃烧及排放的影响.结果表明：双切向进气道能显著增强缸内流速，浓混合气分布区域小，燃烧持续期短，指示热效率绝对值提高了0.68%（46.93%）.采用早喷策略可以获得较均匀的混合气分布，指示热效率更高，但火花塞附近的局部当量比较低，点火稳定性较差.晚喷策略可以提高火花塞附近的局部当量比，提高点火稳定性，但热效率会下降，一氧化碳（CO）和未燃甲醇排放升高.提高喷射压力可改善缸内混合气分布，减少浓混合气分布区域，同时克服燃烧室中心区域当量比偏低的问题，显著提高点火稳定性和燃烧效率，此外通过增强缸内湍流强度，加快火焰传播速度和缩短燃烧持续期，在喷射压力为50 MPa条件下，指示热效率达47.46%；提高喷油压力也可降低CO和未燃甲醇排放，但氮氧化物（NO_x）排放有所增加.
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  铁基载氧体化学链燃烧过程中惰性载体Al₂O₃抗烧结机理研究

  刘志兵, 王鹏辉, 冯于川, 马素霞, 梁五洲, 刘众元, 高义斌

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 331-338.

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  基于ReaxFF反应力场的分子动力学（ReaxFF MD）模拟方法研究了Fe₂O₃颗粒的烧结过程，探究了Al₂O₃对Fe₂O₃颗粒烧结过程的影响，分析了烧结过程中原子的迁移扩散特性，深入揭示了铁基载氧体化学链燃烧过程中惰性载体Al₂O₃的抗烧结机理．结果表明：Fe₂O₃颗粒的烧结过程涉及颗粒间相互靠近、烧结颈形成以及生长，温度升高导致Fe₂O₃颗粒更加剧烈的烧结，且Fe₂O₃颗粒粒径越大，抗烧结能力越强；Fe₂O₃颗粒可以稳定吸附在惰性载体Al₂O₃表面，限制颗粒的整体移动，阻碍烧结颈的形成及生长过程，Al₂O₃添加可以明显抑制Fe₂O₃颗粒的烧结，抑制程度随温度增加而降低；Fe₂O₃颗粒的所有原子、表层原子和内层原子的扩散活化能分别为29.2 kJ/mol 、 28.0 kJ/mol和29.5 kJ/mol , Al₂O₃添加后扩散活化能分别增加至42.4 kJ/mol、43.2 kJ/mol和41.6 kJ/mol，惰性载体Al₂O₃主要是通过抑制Fe₂O₃颗粒表层原子的迁移扩散来提升铁基载氧体的抗烧结能力．
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  高层住宅内天井烟气蔓延特性与开窗临界耐火温度研究——以南京雨花台建筑火灾事故为例

  刘佳玲, 张淇厚, 陈颖, 李思成

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 339-352.

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  采用FDS火灾数值模拟，设定3个火源位置和3种火源功率共计9种工况，对架空层用作电动自行车停车棚的高层住宅建筑展开研究，以南京“2·23”火灾事故所涉建筑为例，分析不同火源位置和火源功率下高层住宅天井内的烟气蔓延特性，探究天井内不同开窗位置处的温度和CO浓度．研究表明：烟气在几乎蔓延至整个架空层后最终通过窗口溢流的形式蔓延至所有天井内．火源位置不同，蔓延进入不同天井的先后顺序有所差异，随着火源功率的增大，烟气进入天井的速度加快．当火源靠近单元门或位于候梯厅一侧时，3个井内都会产生烟囱效应；火源在架空层一角时，3个井内几乎没有烟囱效应产生．随着火源功率的增大，3个井内的烟囱效应逐渐增强．总的来说，天井内侧向开窗的危险性大于正向开窗，窗玻璃的最低耐火温度随火源位置、火源功率、开窗位置变化而有所不同．
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  《燃烧科学与技术》

  燃烧科学与技术. 2025, 31(03): 354.

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  <正>《燃烧科学与技术》是教育部主管、天津大学主办的、燃烧科学领域的学术期刊．主要刊登燃烧科学领域中基础研究、应用研究、测量技术和环境保护方面的学术性论文和综述类文章，报道燃烧科学领域的最新研究成果，反映我国燃烧科学技术的发展水平，促进国内外学术交流，推进我国燃烧科学理论及技术的进步．本刊采用网络采编系统，所有投稿、稿件查询、审稿都在网站上进行，首次使用请先注册．本刊已开通已录用稿件的网络优先发表，稿件录用后，将于期刊印刷出版前在《燃烧科学与技术》官方网站上预出版．《燃烧科学与技术》感谢您一直以来的支持，编辑部向广大作者及读者致意，欢迎继续投稿！