基于浓度敏感性分析和遗传算法的甲烷燃烧机理简化与优化

采用良搅拌反应器模型和层流预混火焰模型计算甲烷/空气燃烧过程,通过元素流通法和浓度敏感性分析法,对甲烷燃烧详细化学动力学机理GRIMECH 3.0进行简化。利用遗传算法,以甲烷/空气详细机理获得的组分浓度和一维层流火焰速度为目标,对简化机理进行优化。结果表明,相比于优化之前的简化机理,优化后的简化机理在描述甲烷/空气燃烧反应的组分浓度、层流火焰速度以及反应物和产物的时空分布方面,具有更高的精度。     

基于重要性分析的甲烷/乙烯混合燃烧框架机理构筑

建立了基于重要性分析的详细化学机理分析平台,利用耦合组分化学存活时间和敏感性系数的重要性参数,确定详细机理中的准稳态组分,通过移除这些组分及其相关反应,得到了计算精度较高的框架机理。针对目前燃烧学界较为关注的混合燃烧问题,以甲烷、乙烯这两种典型低碳碳氢燃料为研究对象,对其详细化学反应机理进行了分析,利用重要性分析法构筑框架机理,并对甲烷/空气和甲烷/乙烯/空气预混火焰进行了数值计算。与详细机理相比,框架机理所涉及的组分数与基元反应数都得到了大幅度的降低,计算时间明显减少,但对火焰温度及反应物、生成物、中间组分浓度的预测与采用详细机理得到的结果吻合良好,证明了重要性分析法的有效性与可靠性。     

基于连通法的甲烷简化机理构筑研究

采用连通法，针对甲烷复杂反应机理，成功地进行了不同水平的机理简化研究。通过建立组分依赖关系的正规化Jacobian矩阵，精确地查明了燃烧组分之间的耦合关系，分别构造出仅包含重要化学路径的两个动力学简化模型，获得的简化机理分别包含227和138个反应，分别涉及39和26种组分。通过对层流预混火焰结构的模拟，所得简化机理和原详细反应动力学机理关于火焰结构的计算吻合很好，计算结果显示，两个简化机理具有较高的模拟精度。     

甲烷爆炸传播过程膜状障碍物的激励效应研究

针对管状空间内膜状障碍物对甲烷爆炸传播的激励效应现象,基于机理分析进行了数值模拟和实验研究,计算分析薄膜附近爆炸冲击波压力峰值大小与火焰速度变化,同时运用激波管道进行相同工况条件下的实验,并对两者结果对比分析,发现有无膜状障碍物的压力峰值相差6倍以上。研究表明,膜状障碍物的激励效应是破膜以后形成的带压燃烧,提高了燃烧速率,导致甲烷爆炸的火焰传播速度剧增。实验结果一定意义诠释了同样数量的甲烷气体爆炸在不同环境内后果上的巨大差异,研究结果对矿井瓦斯爆炸事故调查及防治具有指导意义。     

湍流射流C3H8/H2/air扩散火焰中的局部熄火和再燃现象

C3H8是液化石油气的主要成分之一,对其湍流燃烧特性的研究对火灾消防等行业具有十分重要的意义。建立了一维湍流模型(ODT)的大规模计算平台并研究在固定雷诺数Re=9800的情况下,丙烷非预混湍流射流火焰中的局部熄火和再燃现象。丙烷火焰的模拟结果显示局部熄火现象主要发生在近场区域。火焰主要自由基OH、O及主要燃烧产物在局部熄火区域都迅速减少,随着之后再燃的发生,这些组分也开始逐渐增多。但是从这些组分增加的量可以看出,丙烷火焰的再燃过程相对比较慢并且没有达到完全再燃。     

乙醇及自由基引导对甲烷预混火焰结构影响的数值模拟

本文使用了详细化学反应动力学机理计算模拟了混合有乙醇及典型自由基引导的甲烷预混火焰结构.该反应机理由Marinov研究组研究发表,包含有56个组分以及372个反应.本文的计算使用了CHEMKIN-3以及预混火焰代码,热力学及输运部分的计算基于Sandia国家实验室和Marinov研究室发布的数据库.火焰结构中主要产物的变化,关键中间产物和次要组分的计算结果显示加入乙醇和自由基都可以减少着火延迟.本文计算了三种不同条件下的火焰结构,分别为预混CH4/O2/N2火焰;预混甲烷/乙醇火焰;和加入引导自由基在甲烷/乙醇混合燃料中.此外还有含有自由基的甲烷火焰和加入乙醇的甲烷火焰比较.     

冷激波灭火系统扑灭明火现象的机理研究

对冷激波灭火系统的明火扑灭过程进行了阐述,并对过程中各种火焰现象进行了理论分析.实验采用高速摄像机对冷激波灭火系统扑灭湍流扩散火焰的过程进行了拍摄,通过对图片进行分析,发现冷激波灭火系统扑灭明火的过程是一个多重机理相互作用的过程,在整个火火过程中,各种机理具有明显的矛盾性、层次性、主次性和叠加性.     

管道燃气爆炸特性实验研究

管道是化工及油气储运系统的重要组成部分,却时常受燃烧爆炸事故的威胁,因此对管道中燃气燃烧爆炸特性与规律的研究就十分必要。以甲烷作为研究对象,采用压力传感器以及火焰传感器等对水平封闭管道内甲烷-空气预混燃烧爆炸进行了实验研究,通过大量实验来研究可燃气体爆炸压力与火焰及其传播变化规律。根据实验结果将超压以及气体燃烧的变化情况,对前驱冲击波与火焰面的相对时间及相对位置关系进行了分析。结果显示,管道中会产生前驱压力波,并超前火焰阵面甲烷气体在管道传播过程中,出现冲击波反压射、波叠加及反冲现象,压力的持续时间较火焰光信号持续时间长。所做的工作为油气受限空间中燃气燃烧爆炸特性与规律的进一步研究及工业防爆抑爆技术及工艺的实施、系统设计以及关键参数计算提供了理论依据。     

利用主成分分析法简化甲烷/空气层流预混火焰的反应机理

利用主成分分析(Principal Component Analysis)的方法对甲烷/空气氧化的详细化学反应机理进行了简化，在低压层流预混火焰条件下进行了计算，计算结果与详细机理的计算结果及实验值进行了比较。结果表明简化机理与详细机理吻合较好，简化机理的规模和计算时间有所减少。     

回形障碍物影响火焰的实验和数值研究

在充满甲烷-空气预混气的方形燃烧管内，对火焰穿过回形障碍物的情形进行了实验研究，拍摄到了障碍物附近流场的时序阴影照片。基于k—ε湍流模型和EBU燃烧模型的同位网格SIMPLE算法，进行了三维数值模拟，绘制了火焰阵面三维视图。根据实验结果和数值计算结果，详细讨论了火焰进入到出离障碍物这一过程中，回流区、剪切层、湍流以及火焰形状等的变化特征。     

Fe2O3/UV/H2O2光催化法降解造纸废水的研究

以Fe2O3为催化剂,高压汞灯为光源,对造纸废水进行光催化法降解实验研究,初步分析了光催化法处理废水的基本原理,对不同反应体系的处理效果进行比较并讨论了Fe2O3用量、H2O2用量、pH值、反应时间等影响处理效果的主要因素.研究结果表明,Fe2O3/UV/H2O2体系能有效、快速地降低造纸废水的COD.实验考察了Fe2O3用量、H2O2用量、pH值、反应时间等因素对降解效果的影响,得出的最佳的降解条件及效果为:室温下Fe2O3用量为1.0 g/L,H2O2用量为0.5%(体积比),pH值为3.0,300 W高压汞灯照射下反应3 h后废水的CODCr去除率达到93.3%,出水CODCr降到54 mg/L.光催化反应体系中,Fe2O3的光催化氧化在有机物的降解反应中起着主要作用.由于Fe2O3和H2O2能发生协同作用,因此在反应体系中加入适量H2O2可以提高光催化反应效率和反应速度,大大提高了对造纸废水的处理效果.反应体系中的催化剂可回收处理后重复使用多次,对处理效果没有明显影响.     

N_2/CO_2/H_2O抑制甲烷爆炸化学动力学机理分析

应用敏感性分析方法对N2,CO2和H2O抑制甲烷爆炸的化学动力学机理进行了理论分析,结果表明:在N2,CO2和H2O的抑制作用下,在甲烷氧化链式反应进程中起关键"桥梁"作用的自由基——CH3和HCO的生成受到强烈抑制,从而使得甲烷氧化链式反应进程受到影响和破坏;CO2和H2O除了具有N2所具有的抑燃、抑爆特性外,还会参与甲烷氧化链式反应,并对CH4氧化放热产生阻碍作用。     

US/FeEDTA/H2O2协同降解壬基酚聚氧乙烯醚废水研究

采用US/FeEDTA/H2O2体系协同降解壬基酚聚氧乙烯醚废水.探讨了初始pH值、H2O2质量浓度、FeEDTA质量浓度、超声波功率以及壬基酚聚氧乙烯醚的初始质量浓度对壬基酚聚氧乙烯醚降解效果的影响及FeEDTA/H2O2和超声波之间的协同效应.结果表明,US/FeEDTA/H2O2体系降解壬基酚聚氧乙烯醚废水时产生较强的协同作用,而不是简单的几何叠加.US/FeEDTA/H2O2体系对壬基酚聚氧乙烯醚的去除率比超声波与FeEDTA/H2O2体系的几何叠加的去除率高出约60%.在pH=9、H2O2质量浓度250 kg/L、FeEDTA质量浓度100 mg/L、超声波功率600 W的条件下,对初始质量浓度为100 mg/L的壬基酚聚氧乙烯醚溶液降解2 h,其去除率在99%以上.     

UV-vis/草酸铁络合物/H2O2法处理垃圾渗滤液的研究

在紫外光照下,利用H2O2和草酸铁络合物对垃圾渗滤液进行了处理,探讨了紫外光照时间、pH值、fenton试剂、草酸铵对垃圾渗滤液中CODCr去除率的影响.结果表明:UV-vis/草酸铁络合物/H2O2法对垃圾渗滤液CODCr去除率有较好的效果,当操作条件是:pH取3,反应时间为1 h,H2O2投加量为1.4 mL,H2O2/FeSO4·7H2O投加比(摩尔比)为5∶1,草酸铵投加量为5.5 mL时,CODCr的去除率达到了78.8%.     

SO2-4、TiO2/NCF复合催化剂对甲基橙的光催化脱色研究

采用sol-gel法合成的TiO2粉体制备了复合催化剂SO2-4/TiO2/NCF.利用太阳光和250W自镇流荧光高压汞灯作为光源,采用悬浆体系,通过对照实验,研究r复合催化刺SO2-4/TiO2-4/NCF 与纯TiO2、SO2-4/TiO2和TiO2/NCF对甲基橙水溶液的光催化脱色效果,初步考察了复合催化剂投加量的影响.在实验条件下,太阳光激发的2g/L的复合催化剂的脱色速率最高,达0.1112min-1,其次为250W自镇流荧光高压汞灯激发的4g/L的复合催化剂的脱色速率,达0.04547min-1.     

UV/H2O2催化氧化去除微囊藻毒素-LR

研究了UV/H2O2氧化降解微污染水体中微囊藻毒素MC-LR的效果,探讨了各种因素如H2O2浓度、pH值、光强、MC-LR浓度及反应时间对降解的影响.UV和H2O2氧化去除MC-LR具有协同作用,H2O2在UV照射下产生的羟基自由基对MC-LR有很强的氧化能力.MC-LR的降解过程可用准一级反应速率方程和二级反应速率方程拟合.反应速率常数随MC-LR的起始浓度增加而减少,反应半衰期随MC-LR的起始浓度增加而延长.在H2O2浓度为1.0 mmol/L、反应温度为(25.5±1)℃、pH值为6.8、光强2.5×104 lux及反应时间60 min的条件下,质量浓度为0.203 mg/L的MC-LR的去除率可以达到80.8%.结果表明,UV/H2O2氧化体系能有效地降解MC-LR.     

超声波／H2O2对苯酚有机废水降解的研究

研究在超声波/H2O2联合作用下,超声波场中降解苯酚有机废水的过程,考察了超声功率、超声时间、pH值、氧化剂H2O2的浓度等因素对降解率的影响.实验结果表明,超声时间越长,废水降解率越大;pH值的变化对降解率影响较大,酸性条件利于苯酚的降解,而在碱性条件下苯酚几乎没有降解;超声波/H2O2工艺与单独超声作用相比,降解率提高了大约3倍.     

Ti/RuO2-ZrO2-SnO2电极的研制及处理有机废水的研究

通过涂覆热分解法制备了Ti/RuO_2-ZrO_2-SnO_2、Ti/RuO_2电极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和循环伏安(CV)对电极材料进行表征,考察了电流密度、Na Cl质量浓度、p H值及电极间距对废水COD降解率的影响。结果表明,Ti/RuO_2-ZrO_2-SnO_2电极对COD具有更高的降解率,对其进行工艺优化。电极材料对废水降解的最佳工艺条件为电流密度40 m A/cm2,Na Cl质量浓度4 g/L,p H=5. 0,电极间距10 mm,COD的降解率达到90. 5%。Ti/RuO_2-ZrO_2-SnO_2电极中SnO_2与RuO_2生成固溶体,有利于增强涂层与基体之间的结合力,提高电极的稳定性; ZrO_2起到细化晶粒的作用,致使电极表面粗糙度增加,增强了电极的电催化性能,且降解过程符合一级动力学模型。     

FeSO4/H2O2/UV体系处理化纤厂棉浆粕黑液的研究

Fenton法是处理难降解有毒有机污染物的一种有效的方法.以棉浆粕黑液为研究对象,讨论了H2O2和FeSO4投加量、pH值、搅拌时间等因素对废水CODCr去除率的影响,将紫外光照引入Fenton试剂能提高废水中有毒有机污染物的降解速度,提高氧化能力 .实验确定了最佳工艺条件:pH=7,FeSO4投加量4 g/L,H2O2投加量为1.13%(V/V),搅拌时间15 min,此时CODCr去除率达到66.96%.     

H2O2辅助TiO2/CdS/壳聚糖复合膜光催化甲基橙脱色研究

为利用可见光对染料废水进行高效脱色,采用仿生矿化法制备了具有可见光响应的TiO2/CdS/壳聚糖复合膜光催化剂.用氙灯模拟日光,以甲基橙为目标污染物,探讨了催化剂用量、H2O2投加量、甲基橙初始浓度、溶液pH值、无机阴离子和催化剂重复使用对甲基橙溶液脱色效果的影响.结果表明,甲基橙质量浓度为15 mg/L,催化剂质量浓度为1.00 g/L,H2O2浓度为3.9 mmol/L,pH值为6.0时,光照130 min后甲基橙溶液的脱色率可达到99.90%.催化剂重复使用试验表明,制得的催化剂使用寿命较长,且其反应活性良好.