小分子碳氫燃料微尺度催化燃燒

目錄
前言
第1章 微動力系統(tǒng)及其微燃燒的強化 1
1.1 基于燃燒的微動力系統(tǒng) 1
1.1.1 背景與意義 1
1.1.2 微動力系統(tǒng)的發(fā)展 2
1.2 微動力系統(tǒng)與微燃燒的挑戰(zhàn) 22
1.3 熱循環(huán)強化微尺度燃燒 24
1.4 催化反應(yīng)強化微尺度燃燒 28
1.4.1 催化反應(yīng)對著火和燃燒性能的影響 28
1.4.2 表面催化反應(yīng)與氣相反應(yīng)的相互影響 31
1.5 加氫強化微尺度燃燒 34
1.5.1 氫氣對催化著火和燃燒的影響 34
1.5.2 氫氣對催化燃燒的熱作用與化學(xué)作用 36
1.6 本章小結(jié) 37
參考文獻 37
第2章 微小尺度燃燒實驗系統(tǒng) 44
2.1 引言 44
2.2 實驗系統(tǒng)組成及功能 44
2.2.1 燃料和氧化劑供應(yīng)系統(tǒng) 45
2.2.2 測量與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 46
2.2.3 計算機界面設(shè)計 49
2.2.4 點火系統(tǒng) 51
2.2.5 加熱與保溫系統(tǒng) 52
2.2.6 微燃燒(反應(yīng))器 53
2.3 微尺度燃燒實驗臺架 55
2.4 實驗系統(tǒng)的誤差分析 56
2.5 本章小結(jié) 57
參考文獻 57
第3章 C0~C4催化反應(yīng)機理 59
3.1 引言 59
3.2 機理構(gòu)建的總體思路 60
3.2.1 表面催化反應(yīng)的主要過程 60
3.2.2 機理構(gòu)建的方法 61
3.3 H2和CH4機理 62
3.4 C2子機理 63
3.5 C3~C4催化反應(yīng)機理 66
3.5.1 C3~C4子機理的構(gòu)建 67
3.5.2 反應(yīng)動力學(xué)參數(shù) 73
3.5.3 反應(yīng)機理的優(yōu)化 75
3.6 反應(yīng)機理的進一步驗證 77
3.6.1 氫氣的催化著火 77
3.6.2 乙烷與丙烷的催化著火 78
3.6.3 丙烷的氫氣輔助催化著火 79
3.6.4 正丁烷催化著火 80
3.6.5 正丁烷的氫氣輔助催化著火 80
3.6.6 正丁烷催化燃燒 82
3.7 本章小結(jié) 82
參考文獻 83
第4章 正丁烷催化著火特性 86
4.1 引言 86
4.2 催化著火的實驗研究 87
4.2.1 實驗過程 87
4.2.2 流速(Re)對催化著火溫度的影響 88
4.2.3 當(dāng)量比對催化著火溫度的影響 90
4.3 催化著火的數(shù)值模擬 93
4.3.1 反應(yīng)器物理模型 93
4.3.2 數(shù)學(xué)模型 94
4.3.3 表面催化反應(yīng)動力學(xué)模型 95
4.3.4 計算結(jié)果合理性驗證 96
4.4 催化著火過程的動力學(xué)分析 97
4.4.1 化學(xué)計量比混合物的著火過程 97
4.4.2 當(dāng)量比對催化著火的影響 100
4.4.3 混合物初始溫度對催化著火的影響 101
4.5 本章小結(jié) 102
參考文獻 103
第5章 氫氣輔助催化著火特性 105
5.1 引言 105
5.2 實驗方法與過程 105
5.3 氫氣/空氣混合物的催化著火 107
5.4 熱著火與氫氣輔助催化著火 108
5.5 甲烷和二甲醚的氫氣輔助催化著火特性 110
5.5.1 流速(Re)對*小氫氣量的影響 110
5.5.2 當(dāng)量比對*小氫氣量的影響 112
5.6 正丁烷的氫氣輔助催化著火特性 113
5.6.1 貧燃料正丁烷/空氣混合物的氫氣輔助催化著火 113
5.6.2 不同氫氣量下正丁烷/空氣混合物的催化著火特性 115
5.6.3 雷諾數(shù)對氫氣輔助催化著火特性的影響 118
5.6.4 當(dāng)量比對氫氣輔助催化著火特性的影響 120
5.6.5 催化劑長度對氫氣輔助催化著火特性的影響 121
5.6.6 催化劑負載密度對氫氣輔助催化著火特性的影響 123
5.6.7 氫氣供給方式對輔助催化著火的影響 125
5.6.8 燃燒器外壁散熱的影響 126
5.7 氫氣輔助催化著火過程的數(shù)值模擬 127
5.7.1 計算模型 127
5.7.2 計算結(jié)果與分析 128
5.8 本章小結(jié) 133
參考文獻 134
第6章 氫氣輔助催化著火的熱作用與化學(xué)作用 136
6.1 引言 136
6.2 氫氣在正丁烷/空氣混合物催化著火中的熱作用和化學(xué)作用 136
6.3 化學(xué)作用的臨界氫氣量 138
6.4 正丁烷氫氣輔助催化著火動力學(xué)分析 140
6.4.1 正丁烷起燃溫度和臨界氫氣量 141
6.4.2 氫氣在催化著火中的熱作用與化學(xué)作用機制 142
6.5 氫氣對催化著火過程影響的非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬 150
6.6 本章小結(jié) 158
參考文獻 158
第7章 微尺度催化燃燒中氣相反應(yīng)和表面催化反應(yīng)的相互作用 159
7.1 引言 159
7.2 正丁烷氣相反應(yīng)機理 161
7.2.1 正丁烷氣相反應(yīng)機理的構(gòu)建 161
7.2.2 正丁烷氣相反應(yīng)機理的驗證 166
7.3 實驗研究與數(shù)值模擬 171
7.3.1 實驗系統(tǒng)與實驗方法 171
7.3.2 計算模型和反應(yīng)機理 172
7.4 三種典型工況的實驗結(jié)果 173
7.4.1 富燃料工況 173
7.4.2 化學(xué)計量比工況 176
7.4.3 貧燃料工況 180
7.4.4 不同工況的簡要討論 183
7.5 氣相反應(yīng)和表面催化反應(yīng)作用機制 184
7.5.1 催化反應(yīng)控制區(qū) 184
7.5.2 氣相反應(yīng)控制區(qū) 186
7.5.3 聯(lián)合控制區(qū)動力學(xué)分析 188
7.5.4 表面催化反應(yīng)對氣相反應(yīng)的影響 191
7.6 本章小結(jié) 193
參考文獻 194
第8章 正丁烷在Swiss-roll燃燒器內(nèi)的催化燃燒特性 197
8.1 引言 197
8.2 微小型Swiss-roll催化燃燒器的初步設(shè)計與改進 198
8.2.1 微小型Swiss-roll催化燃燒器的初步設(shè)計 198
8.2.2 微小型Swiss-roll催化燃燒器的改進設(shè)計 201
8.3 正丁烷在改進的Swiss-roll燃燒器內(nèi)的燃燒特性 203
8.3.1 氫氣輔助催化著火 204
8.3.2 燃料在改進的Swiss-roll燃燒器內(nèi)的熄火極限 204
8.3.3 改進的Swiss-roll燃燒器壁面溫度分布 207
8.4 催化劑對Swiss-roll催化燃燒器性能的影響 211
8.5 氫氣對Swiss-roll催化燃燒器性能的影響 216
8.6 本章小結(jié) 221
參考文獻 222
附錄 224
附錄A 正丁烷在Pt上的表面催化反應(yīng)機理 224
附錄B 正丁烷氣相反應(yīng)機理 228