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    “先进发动机燃烧关键基础科学问题-燃烧反应动力学”研讨会在成都召开

    日期 2013-10-11   来源:工程与材料科学部   作者:刘涛 纪军 李象远  【 】   【打印】   【关闭

    第13期
    (总第654期)

      发动机是飞行器和交通工具的核心部件,如何提高燃烧效率和减少污染等是必须解决的问题,而燃烧反应动力学机理是其中的基础科学问题。燃烧反应动力学属于多学科交叉前沿研究领域,需要微观、介观和宏观的综合研究。驱动燃烧的化学反应是高度复杂的网络,涉及大量的中间物尤其是自由基和成千上万步的基元反应。由于我国在燃烧反应动力学基础研究的相对滞后,严重影响了发动机设计、能源高效利用、大气污染治理等相关领域的进步,制约了我国自主科技创新能力。

      日前,国家自然科学基金委员会工程与材料学部联合化学学部,在四川大学举办了“先进发动机燃烧关键基础科学问题-燃烧反应动力学”研讨会,参加会议代表包括基金委工程与材料学部领导、工程科学三处和化学科学部化学科学三处负责人,以及全国相关科研院所和高校的量子化学、化学动力学、工程热物理和流体力学等领域专家。会议就发动机燃烧反应动力学领域的国内外研究现状、关键科学问题、科学目标、重点资助方向、交叉学科研究模式、数据共享平台等问题展开了充分讨论,就燃烧反应动力学的核心科学问题、科学目标等达成了基本共识。

      与会专家通过交流研讨,提出了如下的科学目标和核心科学问题:

      一、 科学目标

      以气态和液态燃料燃烧化学反应动力学研究为主线,开展燃烧中基元反应热力学、动力学参数的精确计算方法研究、燃烧反应详细机理构建、优化、验证的研究,为发动机的设计提供可靠的燃烧反应动力学模型。

      通过,实现燃烧基础研究的多学科交叉,形成我国较为完善的燃烧基础研究格局,构建燃烧基础数据共享平台,大幅度提升燃烧研究的自主创新能力,建设高水平燃烧基础研究队伍,支撑国家核心科技创新。

      二、 核心科学问题

      (一)燃烧基元反应途径

      1.基于反应微观机制的量子化学计算

      研究燃烧重要基元反应途径;发展热力学和动力学参数的精确计算方法;研究燃烧中间物种的激发和猝灭机制;研究高温燃烧条件下的多反应途径问题;研究电子激发态物种的结构和性质。

      2.分子动力学模拟

      发展燃料燃烧反应分子力场方法和高效从头算分子动力学方法;开发分子反应力场,构造势能面,开展燃料分子的高温燃烧反应、裂解反应、催化反应及积碳生成等的模拟研究;发展在分子水平上燃烧反应网络描述。

      3.化学动力学实验

      采用激光吸收光谱、激光诱导荧光、质谱等手段,考察反应速率,获得燃烧关键基元步骤的高精度反应速率常数;采用相关函数等方法,实现发射光谱衰变的动力学描述。 探讨燃烧过程电子态的热激发和可能的光化学机制。

      (二)燃烧复杂反应机理

      1.复杂机理生成方法

      高温燃烧关键自由基完整反应机理局部网络的研究;低温燃烧关键基元反应通道和反应类的研究;多环烃和多环芳烃形成机理以及积碳机理的研究;新的碳氢燃料反应类的研究。

      2.裂解机理和燃烧机理构建

      物种命名和识别问题的方法研究;热力学、动力学参数数据库构建和搜寻方法的研究;热裂解核心机理研究;高温和低温燃烧核心机理研究;研究裂解过程积碳机制,高温燃烧状态下NOx形成机制,发展污染物形成和积碳机理;构建我国航空燃料以及适用于超然冲压发动机的特种燃料的替代组分,发展国产燃料燃烧机理;开展催化裂解和催化燃烧机理研究。

      3.机理简化

      从化学动力学角度,结合数学方法对机理简化方法开展研究。机理简化方法与存储调用技术是复杂化学动力学机理顺利应用于反应流模拟的两大必需关键技术。发展新的简化方法,在保证对详细机理高忠实度前提下,结合特定条件下实现燃烧详细机理的大规模简化;发展我国碳氢燃料燃烧模型。

      (三)机理验证、燃烧诊断和反应调控

      1.燃烧机理验证

      完善和发展燃烧机理验证手段,实现点火延迟的精确测量,层流火焰速度测量,为可靠的裂解和燃烧机理提供保障。

      2.燃烧测量

      发展段,研究重要燃烧中间体浓度变化规律;开展碳烟前驱体和碳烟分布的光学测量和表征。

      3.裂解反应优化控制

      针对冲压发动机主动冷却高热沉、低结焦、快点火等需求,优化燃料裂解温度、系统压力、反应时间;开发燃料裂解催化剂,开展超临界裂解研究,研究界面条件对燃烧反应的影响规律,测量产物和中间体成分,验证燃料裂解机理。

      4.燃烧新方法

      研究催化燃烧特性,研究等离子辅助燃烧,降低点火温度,提高燃烧效率,降低环境污染。

      5.燃料设计和改性

      通过燃料添加剂、结焦抑制剂和改变燃料化学组成等方法,改进燃料链反应诱发机理,改变反应性能,提高燃烧效率,抑制结焦和碳烟生成。

      与会专家一致认为,面向先进发动机的燃烧反应动力学研究立足国际科学发展前沿、瞄准国家需求和国防建设,体现了学科交叉,对促进物理化学、化工、工程热物理、能源动力等学科的发展和多学科交叉融合,培养一批高水平的复合型人才具有重要作用,也能够为前沿科学研究和国防重大需求提供进一步的基础支撑。




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