陣列光鑷操控微顆粒燃料微燃燒和氣化的基礎研究

《陣列光鑷操控微顆粒燃料微燃燒和氣化的基礎研究》是依託杭州電子科技大學，由黃雪峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：陣列光鑷操控微顆粒燃料微燃燒和氣化的基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃雪峰
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

傳統微燃燒所用燃料普遍為氣體燃料，不能實現液體（油、醇類）、固體（煤、金屬）、生物質顆粒（稻草、秸稈）及混合燃料等的燃燒，而且單顆粒和顆粒群燃料的燃燒及氣化機理至今仍不夠明晰。因此，本項目提出一種新的微燃燒和氣化操控方法和技術：利用單光鑷對單微顆粒燃料進行懸浮定位，通過高能雷射點燃，對微燃燒和氣化過程進行光學式測試，進一步揭示單顆粒燃料微燃燒和氣化機理；利用陣列光鑷對兩顆顆粒燃料進行測試，可獲得顆粒間相互作用機理，對顆粒群燃料進行時、空定位，按照既定方式組織燃燒和氣化並測試，達到有效操控的目的。本項目採用全光學式顆粒懸浮定位、點燃以及測試方法，對顆粒微燃燒和氣化進行無干擾式測試，最能反映微燃燒和氣化真實性，還原其本質，有效揭示其機理，可作為標準性燃燒和氣化測試方法，克服現有微燃燒和氣化機理研究的難題。該技術不僅能套用於能源領域，而且可用於環境化學、生命科學、生物醫藥和航空航天等諸多領域。

結題摘要

微燃燒所用燃料普遍為氣體燃料，不能實現液體（油、醇類）或固體（煤、金屬）、生物質顆粒（稻草、秸稈）及混合燃料等的燃燒，而且單顆粒和顆粒群燃料的燃燒及氣化機理至今仍不夠明晰。針對這些問題，項目提出利用光鑷技術對微粒燃料進行懸浮定位，通過高能雷射點火，對微燃燒和氣化過程進行光學式測試，進一步揭示顆粒燃料微燃燒和氣化機理。 項目主要開展了如下研究：(1) 單顆不透明微粒燃料和顆粒群燃料的操控，包括顆粒受力分析、雷射參數、顆粒物性參數、環境介質參數對受力的影響，尤其是顆粒析出揮發份後，參數變化對平衡性的影響；全息光路設計與分析、數字記錄和再現算法、全息變換強度和相位編碼等。(2) 顆粒燃料操控及燃燒測試系統平台的搭建，包括雷射光鑷和點火系統、照明及微成像系統、點火和燃燒參數測試系統的集成和調試；雙芯光子晶體光纖都卜勒速度計設計及標定，用於顆粒燃料的運動速度測試。(3) 多種固體微顆粒燃料的熱解、著火和燃燒特性測試研究，包括金屬銅、鋁、鎂、石墨、石墨烯、碳納米管、活性炭、碳粉、多種煤、秸稈和木屑生物質等的點火延遲時間、最低點火功率（能量）、燃燒階段、燃燒火焰及結構、粒徑變化規律、燃燒穩定性、淬熄、再燃、微爆炸現象等；單顆儲氫材料（氨硼烷系列、硼氫化鋁系列、氫化鋁、氫化鎂等）的燃燒特性表征，用於推進劑領域。(4) 液滴燃料的懸浮、蒸發、著火和微燃燒特性，包括單顆液體燃料的形成、蒸發速度、表面與內部溫度梯度，微燃燒自持燃燒，火焰結構，燃燒過程中的溫度變化和微爆炸特性。 項目按照研究計畫執行，基本實現預定目標，為顆粒燃料的操控及其微燃燒特性研究奠定基礎。共發表期刊論文13篇，會議論文9篇，其中SCI收錄7篇，EI收錄3篇；獲授權發明專利6項，實用新型專利5項。與美國華盛頓大學和復旦大學進行合作研究，入選浙江省高校中青年學科帶頭人1名，主持國際會議分會場2次，培養研究生7名。