《O3及單重態氧分子強化低熱值氣體燃料燃燒的機理研究》是依託浙江大學，由王智化擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：O3及單重態氧分子強化低熱值氣體燃料燃燒的機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：王智化
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
化學、石油、冶金等工業生產過程產生的低熱值氣體燃料的高效燃燒利用是節能減排的重要組成部分。由於熱值低、成分不穩定、造成其點火、燃燒困難。強化燃燒、提高火焰傳播速度是實現低熱值氣體燃料穩定燃燒的重要保障，低溫電漿助燃技術是一種有效的強化燃燒手段，其放電過程中產生的臭氧及單重態氧具有生存壽命長、套用前景廣闊的特點，但臭氧及單重態氧強化火焰燃燒機理方面的研究尚有很大不足，對活化後火焰傳播速度的變化缺分準確的定量測量數據，與火焰燃燒反應的作用機理尚不清楚，這些不足嚴重製約了相關理論模型的構建和發展，阻礙了相關燃燒強化技術的發展。本項目擬採用DBD介質阻擋放電產生臭氧及單重態氧，採用熱流量法準確測量層流火焰速度的變化，建立臭氧及單重態氧強化燃燒化學反應機理模型，為未來低溫電漿助燃和燃燒控制理論和技術的進一步發展提供理論和數據基礎。
結題摘要
實現低熱值氣體燃料的穩定高效燃燒是保障其安全清潔利用的關鍵。臭氧及單重態氧是電漿助燃技術中生存壽命長、氧化性強的兩種物質。對活性分子與火焰燃燒相互作用機理的研究有助於相關燃燒強化技術的發展。本項目利用建立的熱流量爐層流火焰測速系統和PLIF 雷射診斷平台對活性分子作用前後低熱值合成氣在層流/湍流火焰環境下的火焰速度和瞬態CH2O自由基進行檢測，分析了臭氧對合成氣燃燒速度和火焰結構、溫度分布和自由基濃度分布的影響，結合試驗結果和數值模擬分析了臭氧強化燃燒的化學反應動力學機理。研究表明，臭氧對低熱值氣體的燃燒具有顯著的強化作用，強化效果隨臭氧濃度的升高在一定範圍內呈線性增強。臭氧在貧燃與富燃區域對火焰的強化效果相對當量比1附近更為顯著。動力學機理分析發現臭氧活性分子的添加促進了H、O、OH等自由基的產生，從而加速了鏈式反應過程，最終使火焰燃燒得以強化。此外，當氣體火焰中摻混臭氧後，CH2O自由基濃度也顯著增加。動力學模擬結果表明，加入臭氧後，CH2O生成時間提前，且相關反應發生在500K左右的低溫段。CH2O自由基濃度的增加同樣對低熱值氣體的燃燒產生強化效果。此外，提出了12步單重態氧強化燃燒的子機理，偶合GRI-Mech 3.0分析了單重態氧強化燃燒的動力學機理。研究發現單態氧的存在會加速中間產物的生成，如HCO、CH2O等自由基，進而加速整個鏈式反應，使火焰燃燒得以強化。本項目的研究工作為未來低溫電漿助燃及燃燒控制理論和技術的進一步發展提供了理論和數據基礎。在本項目資助下，目前共培養博士後1名、博士3名、碩士1名；作國際大會特邀報告2次；發表國內外學術論文共14篇，其中SCI論文10篇（包括國際燃燒領域頂級期刊Combustion and Flame 1篇，Proceedings of the Combustion Institute 1篇，Fuel 2篇），EI論文3篇，核心1篇。
