CO2氛围下煤及碳氢燃料燃烧碳烟颗粒物(Soot)的形成机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    51306022
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0604.燃烧学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The soot formation of oxyfuel combustion is quite different compared with air combustion in pulverized coal and hydrocarbon fuel flames due to the difference of thermal radiation and chemical reaction. This project uses a combined theoretical modeling simulation and experimental investigation to explore the soot formation in O2/CO2 atmosphere. The chemical reaction model in CO2 atmosphere is established for the main hydrocarbon mixture of pulverized coal volatile. Based on this full updating mechanism mechanism, the reduced mechanism of semi-empirical model of soot is developed. The dynamics evolution of soot particles size distribution, surface area, fractal dimension, morphology characteristics, species concentration and other characteristic quantities in-depth study is conducted in CO2 atmosphere for diffusion flame. The optical measurement, advanced thermophoretic sampling and electron microscopy scanning methods are used to explore the key parameters such as flame temperature, radiation heat flux distribution, carbon black concentration distribution, microscopic structure and dwell time of soot, and clarify the root causes of influence of chemical reaction, the flame structure and thermal radiation on the soot generating. Further, the simplified model and the simple two-equation soot model are coupled to simulate the nucleation, growth and oxidation of soot, and solving the coal tar, soot volume fraction and particle number density transport equation. The study has important scientific significance and application value for reducing pollutant emissions of combustion.
煤粉及碳氢燃料火焰富氧与空气燃烧相比,化学反应和热辐射有较大区别,因此影响火焰结构及温度分布,从而影响碳黑(Soot)的生成转化行为。本项目拟采用数值模拟与实验室试验揭示O2/CO2气氛下碳烟颗粒物的形成机制。对煤粉挥发份中含量较大的碳氢混合物详细化学反应机理,建立适用于CO2 气氛的模型并发展简化模型,基于简化模型模拟研究扩散火焰中碳烟颗粒群尺度分布、表面积、分形维数、形貌特性、组分浓度等多个特征量的动力学演变过程,并采用光学检测结合先进的热泳取样与电镜扫描法探寻火焰温度、热流及碳黑浓度分布、微观结构及驻留时间等关键参数,阐明化学反应、火焰结构及热辐射对碳黑生成产生影响的根本原因;进一步,基于简化模型,耦合简单双方程烟黑模型,模拟煤粉火焰中与挥发份反应耦合的碳黑成核、生长和氧化,并求解煤焦油、烟黑质量分数和颗粒数密度输运方程。本研究对降低燃烧污染物排放具有重要科学意义和应用价值。

结项摘要

本研究采用数值模拟与试验检测揭示O2/CO2气氛下碳烟颗粒物(Soot)的形成机制,并模拟计算了O2/CO2燃烧烟气及CO2液化与输送问题。首先,建立了CO2气氛下混合气的详细化学反应动力学模型,研究了CO2气氛下乙烯火焰Soot的转化机制及其生成影响因素;采用敏感性和反应路径分析及准稳态假设耦合CARM机理简化该新建模型,获得了模拟O2/CO2燃烧的简化化学动力学模型;利用该简化模型及光学测量与电镜扫描的方法对扩散火焰分别进行了模拟计算和实验探测,验证该模型的合理性,并对O2/CO2燃烧Soot的生成机制和影响进行了定量研究,得出氛围的改变对Soot的成核、生长和氧化的影响趋势各不相同,但是O2/CO2燃烧可减少Soot生成总量;分析计算了富氧燃烧烟气热物性参数,进而对烟气及CO2液化、输送问题进行了工艺流程及多相流动的分析及优化,得出了一种对温度和压力要求相对较低的液化流程,并得到了一种改进后的密相输送流程相比运用较广泛的超临界输送具有一定的优越性。上述结果丰富了燃烧污染物及CO2减排相关研究的内容。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Equilibrium Calculation and Technological Parameters Optimization of Natural Gas Liquefaction Process with Mixed Refrigerant
混合工质天然气液化工艺平衡计算及工艺参数优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Technology
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    S. Li;Y. D. Zhang;R. Q. Liao
  • 通讯作者:
    R. Q. Liao
Numerical Simulation of Gas-liquid Flow Regimes in Horizontal and Vertical Pipes
水平和垂直管道中气液流态的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    International Journal of Earth Sciences and Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Longfei Ruan;Yindi Zhang;Dehua Liu
  • 通讯作者:
    Dehua Liu
CO2输送、液化与储存方案流程HYSYS模拟及优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    油气储运
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪碟;张引弟;杨建平;伍丽娟
  • 通讯作者:
    伍丽娟
Research on the Hydrate Formation in the process of Gas Phase CO2 Pipeline Transportation
气相CO2管道输送过程中水合物形成的研究
  • DOI:
    10.18280/ijht.340226
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Technology
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Y. D. Zhang;D. Wang
  • 通讯作者:
    D. Wang
Chemical Effects of CO2 Concentration on Flame Structure and Soot Precursors in Rich Ethylene Oxidation
CO2浓度对富乙烯氧化中火焰结构和烟灰前体的化学影响
  • DOI:
    10.14233/ajchem.2013.15777
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Asian Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yindi Zhang;Chun Lou;Yong Li
  • 通讯作者:
    Yong Li

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其他文献

利用酵母双杂交筛选与致病疫霉菌效应蛋白PITG_07586互作的寄主蛋白
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李灿辉
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  • 发表时间:
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    张引弟
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张引弟
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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    张引弟
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周怀春;张引弟;谢明亮
  • 通讯作者:
    谢明亮

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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