一种通过添加O3和CH3OH获得稳定冷焰的方法技术

本发明专利技术为一种通过添加O3和CH3OH获得稳定冷焰的方法，目的在于提出一种具有燃料适用性的冷焰稳定方法，为进行冷焰结构、温度和组分浓度的测量提供条件，为研究冷焰产生、消亡及波动规律奠定基础。同时，通过调整O3和CH3OH的比例来控制燃烧过程。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】-种通过添加〇3和CH30H获得稳定冷焰的方法 1.所属的
： 本专利技术设及一种燃料火焰稳定的方法，尤其设及一种通过添加活性分子和抑制剂 控制燃料低溫氧化过程的方法，属于燃料火焰稳定技术应用领域。 2.
技术介绍
冷焰是一种出现在碳氨燃料低溫燃烧过程中，持续W极缓慢的速度放热的低溫火 焰。作为低溫燃烧区的重要阶段，冷焰对低溫区的着火W及最终产物的生成有重要的影响， 因此冷焰的研究对工业应用及燃烧过程的理解有着重要的作用。冷焰反应所设及的退化支 链反应加速慢且反应速率较小，在运种缓慢氧化的链式反应体系中，某些不稳定中间物的 不断积累，到某一定时刻迅速分支生成自由基而消耗掉运些中间物，反应又迟缓下来，运样 就造成了短时间内发光放热的冷焰现象。另一方面冷焰区退化支链反应进行的极为缓慢， 溫度稍有升高就被反应速率极大的一般的链分支反应替代，导致着火，冷焰过程结束，进入 热焰阶段，因此要获得稳定的冷焰有很大的困难。而获得稳定的冷焰是研究及分析冷焰的 自IJ提和关键。 目前现有的获得稳定冷焰的方法，主要存在W下几个方面不足： 阳〇化](1)通过改变壁面换热条件和外部加热的方法获得稳定冷焰，使得冷焰过程受到 系统热力学和化学反应动力学的双重影响，而运两者紧密相关导致对冷焰规律的分析变得 复杂，阻碍我们认识冷焰过程。 (2)通过等离子体产生活跃自由基的方法来稳定冷焰，然而等离子体的产生种类 不受控制，在此过程中常常会产生多种物质，在燃烧过程中互相影响，导致冷焰的认识过程 更为困难和复杂。 (3)针对具体燃料设计的添加活性物质获得稳定冷焰的方法，不同的燃料需要单 独考虑，重新设计，燃料适用性较差。 (4)获得冷焰的燃烧条件都是预混燃烧的方式，无法清晰的观察火焰结构，测量燃 烧过程中的自由基变化，不利于分析冷焰的具体结构、详细的产生过程。 3.
技术实现思路
： 本专利技术的目的在于提出一种具有燃料适用性的冷焰稳定方法，为进行冷焰结构、 溫度和组分浓度的测量提供条件，为研究冷焰产生、消亡及波动规律奠定基础。同时，通过 调整〇3和CH30H的比例来控制燃烧过程。 为观察冷焰结构及测量燃烧过程中自由基的浓度变化，本专利技术采用对冲扩散的燃 烧方式。氧化剂中〇3加入后通过反应+(.w) 〇+(A/)向系统提供活跃的0自由基， 加快燃料（RH)的脱氨进程，缩短形成燃料的自由基（时所需的诱导期时间，随后燃料自由 基（时与氧气的反应，更快地进入燃料的低溫氧化阶段，加速燃烧的化学动力学过程。 另一方面，C&OH与碳氨燃料的混合物在燃烧过程中，C&OH的第一步是通过脱氨 反应得到邸2〇扎由于该自由基中的亚甲基基团存在未成对的电子，因此CHzOH会继续参与 脱氨反应得到邸2〇和自由基册2。此时脱氨反应中最活跃的OH的增长主要通过&〇2分解 得到，而在中低溫条件下&〇2分解反应活化能较高，因此0H的增长受到抑制。随着册2的 积累，0H自由基的减少，册2开始参与燃料的脱氨并占据主要地化而册2与甲醇之间的脱 氨反应是一个反应速率较小的慢反应，造成活跃自由基的生成速率，反应系统的活性降低， 燃烧的化学动力学过程减慢。因此，合适的选用〇3和CH3OH的比例可W控制低溫氧化过程， 稳定冷焰，运个比例范围一般为1:25~1:5。 阳01引实验中使用激光诱导巧光技术化I巧测量火焰溫度分布及0和0H自由基的浓度 分布。测量自由基浓度的方法为：当激光通过燃烧火焰时，调整激光的输出频率，使之和待 测原子或分子的某一上下能级之间的共振跃迁频率相同，通过共振吸收将待测分子从某一 电子基态激励到某一激发态，激发态的粒子向下跃迁，产生巧光信号，通过对该巧光成像获 得燃烧区域自由基浓度的二维空间分布信息。测量火焰溫度时选用0H基作为待测的分子， 使用双波长测溫法，获得0H自由基产生的巧光信号，将所得巧光信号强度相比约去浓度和 巧光泽灭效应的影响，然后根据不同转动能级量子数分布所满足的波耳兹曼分布律得到溫 度分布。 根据本专利技术设计的对冲扩散火焰燃烧室由燃料喷嘴6和氧化剂喷嘴9组成，喷嘴 周围管道中的N2作为燃烧过程的保护气。燃料（庚烧、辛烧、二甲酸、葵酸甲醋等）、抑制剂 (甲醇）和预热后的氮气分别通过各自进口 1、15、14注入恒溫预热的汽化室3,汽化之后燃 料/抑制剂/氮气混合物进入实验台上部的燃料喷嘴6中。实验中采用高纯度的氧气作为 氧化剂，通过进口 13进入管道，当需要向实验中添加臭氧时，关闭图中氧气管路中的旁路 阀12,则氧气通过臭氧发生器11产生一定浓度的臭氧，并与剩余氧气混合进入实验台下部 的氧化剂喷嘴9。 混合物出口设有对应的溫度测点5,在实验过程中，采用PID控制器控制上部燃料 喷嘴和下部氧化剂喷嘴的出口混合物的溫度。臭氧的浓度通过臭氧发生器前后氧气的浓度 进行换算得到，氧气浓度由浓度测点10测得。物质流量通过管路中的阀口进行调节，各物 质的管道出口均设有流量测点2。CCD摄像机13显示冷焰的图像，LIF激光束14测量冷焰 中屯、区的溫度分布化及0和0H自由基的浓度分布。 实验过程中根据燃料的种类，不同的分子结构，调节〇3和CH3OH的比例控制氧化燃 烧过程，得到稳定的冷焰。 本专利技术与现有技术相比主要的区别在于现有技术无法得到持续稳定的冷焰，并且 获得冷焰的方法对冷焰生成过程影响复杂，阻碍对冷焰规律的认识；而本专利技术从化学反应 动力学角度出发，考虑〇3的加入加速自由基的形成，加速低溫区的化学反应，缩短冷焰的 诱导期，增强冷焰的剧烈程度；C&OH作为低溫氧化过程的抑制物，可W改变0H自由基的浓 度，减缓反应进程，对冷焰的稳定性产生影响。 综合考虑两者对燃烧过程的影响，改变〇3和CH3OH的比例，可W控制碳氨燃料低 溫燃烧过程，在工业应用中帮助寻找控制HCCI的点火时间W及避免爆震现象的出现的方 法，避开燃烧过程中有害物质的高当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过添加O3和CH3OH获得稳定冷焰的方法，其特征在于：为观察冷焰结构及测量燃烧过程中自由基的浓度变化，本专利技术采用对冲扩散的燃烧方式；氧化剂中O3加入后通过反应向系统提供活跃的O自由基，加快燃料(RH)的脱氢进程，缩短形成燃料的自由基(R)所需的诱导期时间，随后燃料自由基(R)与氧气的反应，更快地进入燃料的低温氧化阶段，加速燃烧的化学动力学过程；合理的选用O3和CH3OH的比例可以控制低温氧化过程，稳定冷焰；使用激光诱导荧光技术(LIF)测量火焰温度分布及O和OH自由基的浓度分布；测量自由基浓度的方法为：当激光通过燃烧火焰时，调整激光的输出频率，使之和待测原子或分子的某一上下能级之间的共振跃迁频率相同，通过共振吸收将待测分子从某一电子基态激励到某一激发态，激发态的粒子向下跃迁，产生荧光信号，通过对该荧光成像获得燃烧区域自由基浓度的二维空间分布信息；测量火焰温度时选用OH基作为待测的分子，使用双波长测温法，获得OH自由基产生的荧光信号，将所得荧光信号强度相比约去浓度和荧光淬灭效应的影响，然后根据不同转动能级量子数分布所满足的波耳兹曼分布律得到温度分布；根据本专利技术设计的对冲扩散火焰燃烧室由燃料喷嘴6和氧化剂喷嘴9组成，喷嘴周围管道中的N2作为燃烧过程的保护气；燃料(庚烷、辛烷、二甲醚、葵酸甲酯等)、抑制剂(甲醇)和预热后的氮气分别通过各自进口1、15、14注入恒温预热的汽化室3，汽化之后燃料/抑制剂/氮气混合物进入实验台上部的燃料喷嘴6中。实验中采用高纯度的氧气作为氧化剂，通过进口13进入管道，当需要向实验中添加臭氧时，关闭图中氧气管路中的旁路阀12，则氧气通过臭氧发生器11产生一定浓度的臭氧，并与剩余氧气混合进入实验台下部的氧化剂喷嘴9；混合物出口设有对应的温度测点5，在实验过程中，采用PID控制器控制上部燃料喷嘴和下部氧化剂喷嘴的出口混合物的温度。臭氧的浓度通过臭氧发生器前后氧气的浓度进行换算得到，氧气浓度由浓度测点10测得；物质流量通过管路中的阀门进行调节，各物质的管道出口均设有流量测点2；CCD摄像机13显示冷焰的图像，LIF激光束14测量冷焰中心区的温度分布以及O和OH自由基的浓度分布；根据燃料的种类，不同的分子结构，调节O3和CH3OH的比例控制氧化燃烧过程，得到稳定的冷焰。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苟小龙，王子君，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85