《O2/CO2氣氛下層流碳氫擴散火焰中碳黑生成研究》是依託華中科技大學，由婁春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：O2/CO2氣氛下層流碳氫擴散火焰中碳黑生成研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：婁春
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
碳氫燃料富氧燃燒與空氣燃燒相比，在火焰溫度分布、火焰結構上有較大區別，特別是在CO2參與燃燒後，對於火焰的熱輻射和化學反應也有著較大影響，從而影響碳黑生成。本項目用O2/CO2代替O2/N2作為層流碳氫擴散火焰的氧化劑，燃料為乙烯並用CO2稀釋，針對不同化學計量混合分數下的火焰對象，採用實驗手段檢測火焰中溫度和輻射熱流分布、碳黑濃度分布和微觀結構、碳黑駐留時間等關鍵參數，並基於詳細化學反應機理與非灰光譜輻射傳熱模型開展碳黑生成的數值模擬研究；通過實驗檢測和數值模擬揭示O2/CO2氣氛下探尋碳黑生成規律，闡明火焰結構、溫度分布以及熱輻射對碳黑生成產生影響的根本原因；進一步，對詳細化學反應機理進行簡化，發展O2/CO2氣氛下的碳黑生成的半經驗模型，為富氧燃燒裝置中碳黑生成的預報以及碳黑排放的降低提供理論指導。本項目對火焰中碳黑生成機理的研究和降低燃燒污染物排放都具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
碳氫燃料在O2/CO2氣氛下燃燒與空氣中燃燒相比，在火焰溫度分布和火焰結構上有較大區別，從而影響碳黑生成。本項目以層流擴散火焰為研究對象，通過實驗檢測和數值模擬，詮釋了O2/CO2氣氛下碳黑生成的影響因素，探索了擴散火焰中碳黑生成的控制方法。首先，在實驗檢測方面，提出了結合正則化和奇異值分解的熱輻射反演方法，提高了溫度分布重建的精確性；進一步提出了考慮圖像探測器光譜回響的火焰溫度和碳黑濃度分布同時重建方法，將其用於伴流乙烯火焰的檢測中，該方法與其它光學方法相比，差別很小；此外，基於熱泳原理，設計製作了一套熱泳探針取樣系統，用於對火焰中碳黑顆粒及其團聚體進行取樣。其次，數值模擬方面，基於詳細化學反應機理對對沖和伴流兩種擴散火焰開展了燃燒數值模擬，得到了火焰溫度、碳黑濃度及中間產物濃度的分布。綜合實驗和模擬的結果，表明：隨著氧化劑中氧濃度增加，兩種氣氛下的火焰溫度也在增加，而碳黑濃度隨氧濃度的增加則是先升高再降低；CO2參與燃燒所帶來的熱效應、化學反應效應以及碳黑在火焰中駐留時間的改變，導致在O2/CO2氣氛下碳黑生成受到抑制；同時計算了伴流擴散火焰中碳黑生成極限時的局部C/O比和溫度；進一步建立了簡化的碳黑生成模型。最後，開展了擴散火焰中碳黑生成的抑制實驗，在三種氧濃度下，改變化學計量混合分數可以改變碳黑生成，從而影響火焰輻射換熱，這種方法有可能用於富氧燃燒發電裝置中，提高氧濃度，減少CO2循環量，最終提高裝置的效率。
