燃烧反应动力学研究进展

航空发动机燃烧研究现状与发展趋势近年来，随着工业化和全球化进程的加速，航空工业成为全球经济发展的重要支柱，而航空发动机是航空工业的核心部件。

航空发动机的性能和效率对航班安全性、燃油消耗和碳排放等方面产生重要影响。

燃烧作为航空发动机的核心环节，对航空发动机的性能和效率影响巨大。

本文将就航空发动机燃烧研究的现状与发展趋势做出阐述。

一、航空发动机燃烧研究的现状1. 燃烧室类型目前，航空发动机燃烧室主要分为顺序式燃烧室和环形燃烧室两种类型。

顺序式燃烧室是将燃油和空气依次引入，依靠火焰蔓延实现燃烧。

环形燃烧室是将燃油和空气同时引入，利用旋流和涡流等物理效应实现燃烧。

环形燃烧室比顺序式燃烧室效率更高，性能更好，但也更加复杂和昂贵。

2. 燃烧技术航空发动机燃烧技术分为传统燃烧和低排放燃烧两类。

传统燃烧技术是指将燃料和空气混合后点火燃烧，产生高温高压的气体驱动涡轮，进而驱动飞机飞行。

低排放燃烧技术是指在传统燃烧的基础上，采用智能化调节控制、预混合、燃烧室内增加回流和内部气体重力等技术手段，减少氮氧化物和颗粒物的排放。

3. 燃烧特性航空发动机燃烧特性是指在不同工况条件下燃烧室内的温度、压力、速度、氧化与还原程度、火焰形态等参数的变化规律。

燃烧特性的掌握对于航空发动机的设计和维修至关重要。

二、航空发动机燃烧研究的发展趋势1. 非平衡态等离子体燃烧技术非平衡态等离子体燃烧技术是指利用非平衡态等离子体的电化学反应实现燃烧的技术，在燃烧过程中可以产生很高的电子密度和物质活性。

该技术的优点在于可以实现高效、低排放的燃烧，适用于航空发动机的高温高压环境。

2. 低温燃烧技术低温燃烧技术是指在传统燃烧技术的基础上，通过改变燃烧室内的混合气体参数，降低燃油的燃烧温度和压力，实现低温燃烧，减少氮氧化物和颗粒物的排放。

这样的技术在环保和制造成本方面都有很大的优势。

3. 燃烧控制模型的开发燃烧控制模型是指通过建立数学模型，把燃烧室内的物理现象和化学反应进行仿真模拟，为燃烧设计和控制提供依据。

化学链燃烧技术的研究进展综述王金星; 孙宇航【期刊名称】《《华北电力大学学报(自然科学版)》》【年(卷),期】2019(046)005【总页数】11页(P100-110)【关键词】化学链燃烧; 反应器; 氧载体; 污染物; 研究进展【作者】王金星; 孙宇航【作者单位】清华大学能源与动力工程系北京 100084; 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TK160 引言随着人们对能源的依赖性逐渐增强，化石能源的大量消耗导致了很多环境问题，尤其是CO2气体的排放引起了更为广泛的关注[1]。

对于燃烧后捕集CO2，从烟气中分离CO2将大大增加电厂的发电成本。

富氧燃烧技术是一种燃烧中捕集CO2的方式，通过烟气中水蒸汽的冷凝即可获得较高浓度的CO2。

因此，与传统的燃烧方式相比，富氧燃烧技术使分离CO2得到了简化，但是就现有的技术来看，从空气中分离氧气也需要消耗大量的能量[2]。

在1994年，化学链燃烧技术用于捕集CO2作为一种新的燃烧方式被提出了，其原理如图1所示[3]。

从图中可以发现，利用化学链燃烧技术不需要用气体间的分离便可实现燃料的燃烧和CO2的分离，可视为在燃烧中分离CO2的改进技术。

因此，从节能的角度来讲，化学链燃烧技术是一种非常有前景的燃烧方式。

具体的技术原理如图1所示。

图1 化学链燃烧技术原理示意图Fig.1 Schematic diagram of chemical looping combustion technology燃料反应器中氧载体处于氧化态的活性组分MeyOx与燃料进行以下反应[4, 5]:(1)空气反应器中氧载体处于还原态的活性组分MeyOx-1与O2进行以下反应:(2)化学链燃烧技术的优势主要包括以下几点：(1)具有内分离CO2的特点，进而不需要外加分离装置进行CO2捕集[6]；(2)分步燃烧过程实现了能量梯级利用；(3)避免了燃料型NOx的产生，由于燃烧温度较低减少了热力型NOx的产生[7]。

第四章甲烷着火与燃烧特性的反应动力学分析4.1化学反应动力学模型选择4.2着火特性的反应动力学分析4.3燃烧特性的反应动力学分析本节将采用不同的甲烷燃料燃烧化学反应详细机理( Gri_mech 3.0、NUI Galway_Mech、USC_Mech 2.0)对第三章中相同的实验工况下甲烷/空气混合气的层流燃烧速率进行数值计算，并将计算结果与实验数据进行对比分析。

4.3.1初始压力对U i的影响在初始温度T u为290K，初始压力P u分别为O.IMpa、0.2Mpa和0.3Mpa时,采用不同的甲烷燃料燃烧化学反应机理对其层流燃烧速率进行数值计算，将得到的计算结果与实验数据进行对比分析，如图 3.24所示。

0.40.30.31-s0.2P u = 0.1MPa -smlU0.2 -■J Experimental data b Gri_2.1 mech0.10.6 0.8 Q NUI_Galway MechUSC_Mech 2.01.2 1.4□0.6i i Experimental datab Gri_2.1 mech0 NUI_Galway MechUSC_Mech 2.00.8 1 1.2 1.40.30.2 -丹口打A1■Qus m ・ o口U・Pu=0.3MPa ・ 2.口_ Experimental data 0.1 -H口 * Gri 2.1 mech.八 总 口0 NUI_Galway Mech gC USC_Mech 2.0i0 □ ・ i i ・ i ・ i 0.60.81 1.21.4*图3.24 T u =290K 时不同初始压力下层流燃烧速率随当量比变化趋势的计算结果与实验数据对比图当R =0.1Mpa 时，采用Gri_2.1动力学模型计算得到的甲烷/空气混合气的层 流燃烧速率与实验数据吻合良好，另外两种动力学模型计算得到的结果则与实验 数据存在一定偏差；当FU=0.2Mpa 时，在①值小于1的一侧，采用Gri_2.1动力学 模型计算得到的甲烷/空气混合气的层流燃烧速率与实验数据较为接近，另外两 种动力学模型计算得到的结果则与实验数据有偏差，但在 门值大于1的一侧，采 用Gri_2.1动力学模型和USC_Mech 2.0动力学模型计算得到的甲烷/空气混合气 的层流燃烧速率最接近实验值；当 P u =0.3Mpa 时，三种动力学模型的计算结果 均与实验数据有偏离。

130火炸药学报Chinese Journal of Explosives&Propellants第卷第2期2 0 2 1年！月D O I：10. 14077/j. issn. 1007-7812.201906018ADN及其固体推进剂燃烧特性的研究进展李雅津，谢五喜，刘运飞，杨洪涛，黄海涛，张伟，李军强，樊学忠(西安近代化学研究所，陕西西安710065)摘要：系统介绍了二硝酰胺铵（ADN)燃烧的最新研究动态，综述了国内外近年来报道的A D N燃烧时发生的物理化学变化、A D5燃烧机理、催化剂/A D N混合物燃烧性能以及A D5基固体推进剂燃烧特性的最新研究进展。

首先指出了A D N的燃烧主要受凝聚相反应控制，AD N燃烧波结构包括固相层、泡沫层（包括固-气和液-气）和气相层；其次，总结了A D N基固体推进剂燃烧特性的研究现状，对现有研究中存在的局限性进行了分析；最后，指出继续开发适用于A D N基固体推进剂的新型燃烧催化剂是今后研究的重点方向之一。

另外，随着非异氰酸酯固化体系在ADN基固体推进剂中的应用，需进一步加深A DN基固体推进剂燃烧性能的研究，尤其是三唑环的引入对A D N热分解及推进剂中其他组分热分解的影响。

关键词：物理化学％二硝酰胺铵；A D N;燃烧特性；燃烧催化剂；固体推进剂中图分类号：T)55;V512 文献标志码：A 文章编号！007-7812(2021)02-0130-09Research Progress on Combustion Characteristics of ADN and ADN-Based Propellants LIY a-jin，XIEW u-xi, LlUYun-fei，YANGHong-tao，HUANGHai-tao，ZHANG W ei, LI Jun-qiang，FANXue-zhong(X i’anModern Chemistry Research Institute，Xi’an 710065，China )A b s tra c t：The latest development trends in combustion of ammonium dinitramide(ADN) were introduced systematically，andthe physicochemical process of ADN combustion，the combustion mechanism，combustion performance of catalyst/ADN mix­tures ，and combustion characteristics of ADN-based propellants were summarized. The combustion of ADN is mainly controlledby the condensed phase reaction , and the combustion wave structure includes a solid phase layer , a gas and liquid-gas) and a gas phase layer. At the same time , the research of ADN-based solid propellant combustion ch istics was summarized，and the limitations of current research were analyzed. tt indicates that developing novel combustioncatalysts for ADN-based propellants is one of the future directions. With the application of non-isocyanate curin propellant，it is necessary to further deepen the study of its combustion properties , especially the effects of triazole ring on thethermal decomposition of other components in the propellant.K eyw ords：physical chemistry；ammonium dinitramide；ADN；combustion characteristics；combustion catalyst；solid propellant引言二硝酰胺铵(ADN)是近几年来研究较为广泛的 新 氧化剂之一[13]，其 种 含能化合物（NH4+N(NO2)Z)。

生物质组分对航空煤油基础燃烧特性的影响研究航空煤油是航空工业中最主要的燃料，其基础燃烧特性对于飞机的安全和性能具有重要意义。

为了满足环保和可持续发展的需求，生物质组分被广泛研究和应用于航空燃料，但其对基础燃烧特性的影响还需要深入探究。

本文综述了生物质组分对航空煤油基础燃烧特性的影响研究进展，包括燃烧特性、燃烧动力学和污染物生成等方面。

一、生物质组分对航空煤油燃烧特性的影响1. 燃点和火焰传播速度生物质组分的添加可以降低航空煤油的燃点和火焰传播速度。

研究表明，添加生物质组分后，航空煤油的燃点随着生物质组分含量的增加而降低，同时火焰传播速度也随之减小。

这是因为生物质组分中含有较高的氧含量，可以提供更多氧化反应产物，从而促进燃烧反应的进行，降低燃烧温度和燃点。

2. 燃烧温度和热值生物质组分对航空煤油的燃烧温度和热值也具有一定的影响。

研究表明，添加少量的生物质组分可以增加航空煤油的热值，但过量添加可能导致热值下降，这是因为生物质组分中的杂质会降低燃烧反应的效率，从而影响热值。

另外，生物质组分中的水分含量也会影响燃烧温度和热值，因为水分的蒸汽化需要吸收大量热量，降低了燃烧温度和热值。

二、生物质组分对航空煤油燃烧动力学的影响燃烧动力学是指控制燃烧反应速率和过程的物理化学因素。

生物质组分的添加对航空煤油燃烧动力学也产生了一定的影响。

1. 氧化反应机理生物质组分中的各种化合物具有不同的氧化反应机理，导致不同的燃烧特性。

研究表明，添加生物质组分会增加燃烧过程中的反应中间产物和自由基，从而改变了燃烧反应的氧化机理和速率。

生物质组分的添加还会引入多种氧化反应机理，如链传递、分子反应和热解等，进一步影响燃烧反应速率和过程。

2. 反应动力学生物质组分的添加会改变航空煤油燃烧的反应动力学，从而影响燃烧特性和热值。

研究表明，生物质组分中的各种化合物在燃烧过程中具有不同的反应速率和反应路径，从而影响燃烧反应速率。

此外，生物质组分中的氧化反应产物也会影响燃烧反应动力学，如CO、CO2和H2O等，它们的生成和消耗过程会影响燃烧反应速率和过程。

第 54 卷第 12 期2023 年 12 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.12Dec. 2023点燃式发动机燃烧循环变动研究进展段雄波1，奉莉宁1，刘敬平2，孙志强1(1. 中南大学 能源科学与工程学院，湖南 长沙，410083；2. 湖南大学 机械与运载工程学院，湖南 长沙，410082)摘要：点燃式发动机燃烧循环变动对其动力性、经济性以及排放特性影响非常大，且影响燃烧循环变动的参数众多，且参数之间又相互影响、相互耦合，因此，阐述各类影响点燃式发动机燃烧循环变动参数间的内在联系与关联机制，探索影响燃烧循环变动相互耦合因素解耦分析方法具有重要的研究意义。

本文针对点燃式发动机燃烧循环变动特征参数及其表征方法、燃烧循环变动规律及其影响因素分析和燃烧循环变动数值模拟3个方面对点燃式发动机燃烧循环变动的研究方法及研究现状进行综述，指出：国内外学者对点燃式发动机燃烧循环变动产生的原因以及影响因素开展了深入研究；需发展新的考虑真实物理场的循环变动和循环爆震数值模拟方法以及对相互耦合参数解耦分析方法，阐明循环变动和循环爆震与燃料理化性质、控制和运行参数之间的内在关联机理，探索宽工况范围下循环变动和循环爆震参数调控方法及纠偏机制，以便为点燃式发动机高效清洁燃烧系统设计提供依据。

关键词：点燃式发动机；燃烧循环变动；特征参数；参数解耦中图分类号：TK40 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）12-4882-11Research progress in combustion cycle-to-cycle variations ofspark ignition enginesDUAN Xiongbo 1, FENG Lining 1,LIU Jingping 2, SUN Zhiqiang 1(1. School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)Abstract: Combustion cycle-to-cycle variations in the spark ignition engine have great influences on its power, economy and emission characteristics. However, there are many parameters that affect the combustion cycle-to-cycle variations, and the parameters mutually affect and couple with each other. Therefore, it is an important and收稿日期： 2023 −02 −14； 修回日期： 2023 −04 −16基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52206140)；湖南省科技创新计划项目(2021RC4006)；中南大学创新驱动计划项目(2020CX008) (Project(52206140) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2021RC4006) supported by the Science and Technology Innovation Plan of Hunan Province; Project(2020CX008) supported by the Innovation-Driven Plan of Central South University)通信作者：孙志强，博士，教授，从事清洁低碳能源技术研究；E-mail ：*************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.12.025引用格式： 段雄波, 奉莉宁, 刘敬平, 等. 点燃式发动机燃烧循环变动研究进展[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(12): 4882−4892.Citation: DUAN Xiongbo, FENG Lining, LIU Jingping, et al. Research progress in combustion cycle-to-cycle variations of spark ignition engines[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(12): 4882−4892.第 12 期段雄波，等：点燃式发动机燃烧循环变动研究进展significant research job to expound the internal relationships and correlation mechanism among various parameters affecting the combustion cycle-to-cycle variations of the spark ignition engine, and explore the decoupling analysis method of the coupling factors affecting the combustion cycle-to-cycle variations. In this paper, the research methods and current development of combustion cycle-to-cycle variations were reviewed from three aspects, i.e. characteristic parameters and characterization methods of combustion cycle-to-cycle variations, changing rules and influencing factors analysis of combustion cycle-to-cycle variations, and numerical simulation methods of combustion cycle-to-cycle variations. It is pointed out that, currently, scholars have already carried out in-depth research on the reasons and influencing effects of the combustion cycle-to-cycle variations in the SI engine. It is necessary to develop a new simulation method of the combustion cycle-to-cycle variations and cyclic knock and analysis of mutual coupling parameter decoupling method based on the real physical field, which are used to illustrate the intrinsic connections between the combustion cycle-to-cycle variations, cyclic knock, fuel physical and chemical properties, controlling and operation parameters, and explore the parameter control method and correction mechanism of the combustion cycle-to-cycle variations and cyclic knock under the wide range operating conditions, thereby proving a basis for the design of high efficiency and clean combustion spark ignition engine.Key words: spark ignition engine; combustion cycle-to-cycle variations; parameters decoupling; parameters decoupling为了促进汽车产业的发展，我国在《中国制造2025》中明确提出了将“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，确定了“提升动力电池、驱动电机、高效内燃机等核心技术的工程化和产业化能力”的发展战略，为我国新能源汽车的发展和内燃机高效清洁燃烧技术发展指明了方向。

·热化学处理与烟气污染控制·第31卷第6期2023年12月环境卫生工程Environmental Sanitation EngineeringVol.31No.6Dec.2023城市生活垃圾与陈腐垃圾掺烧的燃烧特性与反应动力学分析*孙子维1，2，张雨轩1，2，唐玉婷1，2，王思琪1，2，唐杰洪1，2，马晓茜1，2（1.华南理工大学电力学院，广东广州510641；2.华南理工大学广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东广州510641）【摘要】城市生活垃圾掺烧陈腐垃圾可以同时实现二者的资源化利用。

使用热重分析法研究城市生活垃圾掺烧陈腐垃圾的燃烧过程，并根据获得的热特性曲线，计算陈腐垃圾掺混比为100%、75%、50%、25%以及0的样品的燃烧特性参数。

运用Kissinger-Akahira-Sunose 法（KAS 法）、Coats-Redfern 积分法（C-R 法）探究掺烧的动力学特性，依据拟合校正系数（adj R 2）来评价计算模型的拟合效果与适应性。

结果表明，陈腐垃圾掺混比上升时，样品的着火特征指数下降，而燃尽特征指数和综合燃烧特征指数均呈现出先升后降的趋势。

在实验条件下，燃尽特征指数和综合燃烧特征指数的优势掺混比例为0~50%，并且综合燃烧特征指数在掺混比为25%时达到峰值。

随陈腐垃圾掺混比增大，KAS 法计算出的全局活化能呈递减趋势，从244.49kJ/mol 降至79.40kJ/mol，其adj R 2从0.9366升为0.9889；而C-R 法计算出的全局活化能呈递增趋势，从20.86kJ/mol 升至34.21kJ/mol，其adj R 2从0.9850升为0.9975。

对两种动力学模型的拟合曲线与实验数据进行对比可知，KAS 法的拟合曲线在高温燃烧段存在一定的失真现象，总体而言C-R 法的拟合效果更为优秀。

【关键词】热重分析；陈腐垃圾；城市生活垃圾；燃烧特性；动力学中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）06-0001-10DOI ：10.19841/ki.hjwsgc.2023.06.001Combustion Characteristics and Kinetic Analysis of the Co-combustion of MSW and Excavated Waste SUN Ziwei 1，2，ZHANG Yuxuan 1，2，TANG Yuting 1，2，WANG Siqi 1，2，TANG Jiehong 1，2，MA Xiaoqian 1，2（1.School of Electric Power ，South China University of Technology ，Guangzhou Guangdong 510641；2.Guangdong KeyLaboratory of Energy Efficiency and Clean Utilization ，South China University of Technology ，GuangzhouGuangdong510641）【Abstract 】The blending of MSW with aged waste could realize the resource utilization of both at the same time.Thermogravimetric analysis was used to study the combustion process of MSW blended with aged wastes.The combustion characteristics parameters of samples with 100%，75%，50%，25%and 0blending ratios of aged waste were calculated based on the thermal characteristic curves obtained.Further，the Kissinger-Akahira-Sunose method（KAS method ）and Coats-Redfern integral method（C-R method ）were applied to investigate the kinetic properties of the blending，and the fitting effectiveness and adaptability of the computational model were evaluated based on the fitting correction factor（adj R 2）.The results showed that the ignition characteristic index of the samples decreased when the mixing ratio of aged waste increased，while the burnout characteristic index and the integrated combustion characteristic index both showed a tendency of first increased and then decreased.Under the experimental conditions，the dominant mixing ratios of the burnout characteristic index and the integrated combustion characteristic index were 0~50%，and the integrated combustion characteristic index reached the peak at the mixing ratio of 25%.With the increase of the blending ratio of aged waste，the global activation energy calculated by the KAS method showed a decreasing trend from 244.49kJ/mol to 79.40kJ/mol，and its adj R 2increased from 0.9366to 0.9889；and the global activation energy calculated by the C-R method showed an increasing trend from 20.86kJ/mol to 34.21kJ/mol，while its adj R 2increased from 0.9850to paring the fitting curves of the two kinetic models with the experimental data，it could be seen that the fitting curve of the KAS method had some distortion in the high temperature combustion section，and the fitting effect of the C-R method was better in general.【Key words 】thermogravimetric analysis；excavated waste；municipal solid waste；combustion characteristics；kineticanalysis*基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFC1908901）；广东省基础与应用基础研究基金项目（2021A1515010497，2023A1515030016）收稿日期：2023-08-17；录用日期：2023-11-20环境卫生工程2023年12月第31卷第6期0引言随着我国城市化不断推进，城市生活垃圾（Municipal Solid Waste，MSW）产生量日渐增长。

燃烧反应动力学模型的建立与应用燃烧是一种常见的化学反应过程，它不仅存在于日常生活中，也是许多工业化学过程中不可缺少的一部分。

为了更好地理解和控制这一过程，科学家们开展了大量的研究工作，其中燃烧反应动力学模型是其中的一种重要手段。

一、燃烧反应动力学模型的基本原理燃烧反应动力学模型是用数学模型的方式描述燃烧反应速率与反应物浓度、温度、压力等因素之间的关系。

它的基本原理可以用化学动力学方程式来简单概括：r=k[A]^m[B]^n[C]^p。

其中，r表示反应速率，k表示反应速率常数，[A]、[B]和[C]分别表示反应物的浓度，而m、n和p则分别表示反应速率与反应物浓度的关系指数。

这个方程式描述了反应速率与反应物浓度的关系，随着反应物的浓度增加，燃烧速率也随之增加，反应速率常数则受到温度、反应物性质和催化剂等因素的影响。

二、燃烧反应动力学模型的建立方法燃烧反应动力学模型的建立需要进行实验研究，通过测量不同反应条件下反应速率与反应物浓度、温度、压力等因素的关系，从而得到动力学模型的系数。

建立动力学模型的过程可以分为以下几个步骤：1. 设计实验方案要根据实际需要选择不同的实验方案，包括不同的燃烧体系、反应物种类与浓度、反应温度与压力等。

这需要科学家们根据实际情况进行设计。

2. 进行实验在设计好实验方案后，需要在实验室或者实际环境中进行反应实验，通过收集实验数据，包括反应速率与反应条件之间的关系等方面的数据，以此为基础进行模型的建立。

3. 计算分析实验数据在实验数据收集完成后，需要进行数据的计算和分析，利用多元线性回归等方法得到燃烧反应动力学模型的系数。

三、燃烧反应动力学模型的应用场景燃烧反应动力学模型在许多工程领域都有着广泛的应用。

以下是一些典型的应用场景：1. 内燃机燃烧过程控制内燃机燃烧过程的控制非常重要，直接影响内燃机的工作效率和能量利用效率。

利用燃烧反应动力学模型，可以有效地模拟和预测内燃机的燃烧过程，并实现燃烧控制，在保证发动机工作的同时提高其能量利用效率。