《懸浮納米顆粒催化劑輔助的甲烷點火及燃燒特性研究》是依託中國科學技術大學，由趙平輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：懸浮納米顆粒催化劑輔助的甲烷點火及燃燒特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙平輝
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬將納米顆粒催化劑均勻懸浮於可燃混合氣中進行燃燒，這種新型的懸浮納米顆粒催化劑輔助的燃燒方式不需要任何催化劑負載介質，可以用於各種燃燒裝置中。其在改善氣相的燃燒特性、降低可燃氣的點火溫度、減少點火延遲時間和污染物的排放等方面都有很大的套用潛力。本項目擬對懸浮納米顆粒催化劑輔助的甲烷點火和燃燒過程進行實驗和數值研究，以一維滯止點預混燃燒以及對撞射流擴散燃燒為研究對象，研究在不同流場應變率和當量比下懸浮納米顆粒劑輔助的預混燃燒點火和火焰傳播特性，以及在不同流場應變率下混合過程對懸浮納米顆粒劑輔助的擴散燃燒點火和燃燒特性的影響。同時該項目還將對該點火及燃燒過程的數值建模以及均相與非均相反應的耦合機理等相關理論問題進行研究。
結題摘要
催化燃燒具有點火溫度低、火焰穩定性好、污染物排放低等優點。採用氣溶膠方法可實時產生納米顆粒催化劑，並將其均勻分布於CH4/Air可燃預混氣中，利用非均相的催化反應和均相氣相反應之間的耦合促進機理，加快可燃預混氣的點火速度，提高氣相燃燒的穩定性，減少污染物排放，該方法有望被用於多種燃燒裝置例如超音速燃燒器的點火過程中。本項目以均勻攪拌反應器、層流通道式反應器、滯止點反應器等燃燒裝置作為研究對象，分析不同催化劑、催化劑大小及分布等參數對可燃預混氣點火溫度、點火延遲時間、穩定性等的影響，研究該催化點火及燃燒過程中非均相催化反應與均相氣相反應之間的相互作用機理。研究結果表明低溫催化反應放出的熱量能夠加快高溫氣相反應的發生，從而減少氣相點火延遲時間，擴展燃燒極限，提高火焰穩定性。對於鈀、鉑、鎳三種催化劑，其改善CH4/Air預混氣氣相點火的性能為Pd＞＞Pt＞Ni，使用Pd納米顆粒催化劑，只需很少的劑量就能大大改善預混氣的點火特性，有效縮短點火延遲時間2~3個數量級，而採用Pt和Ni催化劑則需要很大的比表面積才能改善CH4/Air預混氣的點火特性。由於線上生成鈀催化劑的成本極為昂貴，從節省成本和實際套用出發，本項目考慮使用鎳或鉑催化劑，同時利用泡沫陶瓷多孔介質大的比表面積和強蓄熱能力，將多孔介質燃燒與催化燃燒兩者的優勢結合起來，發展多孔介質催化燃燒技術，研究一種新型的多孔介質催化燃燒輻射器，結果表明，這種新型燃燒輻射器能進一步提高火焰穩定性和輻射熱效率，拓展預混氣貧燃極限，減少污染物排放。目前本項目已發表論文4篇，其中SCI收錄2篇，EI收錄3篇，另有2篇已投稿，正在審稿中。
