高溫氣體的案例
力學所高溫氣體動力學國家重點實驗室（LHD）與大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）學術討
為進一步推動高溫氣體動力學領域的學科融合和交叉、促進實驗室開拓發展，8月31日LHD赴中科院大連化物所與分子反應動力學國家重點實驗室（MRD）開展學術討論。力學所黨委書記劉桂菊、學術委員會副主任姜宗林、LHD主任張新宇，大化所化學動力學研究中心主任楊學明院士、MRD主任張東輝院士等來自力學所和大化所的30余人參加討論會。會議由楊學明主持。
劉桂菊在致辭中表示，大化所、力學所各具風格和特點，相互學習和交流將可能產生重要的思想火花，促進合作的開展，LHD高度重視此次活動，針對預先溝通的四個主要問題準備研討內容主題，希望兩個國家重點實驗室進一步落實合作的切入點以及具體內容。
楊學明在致辭中向參會人員表示熱烈的歡迎，認為分子反應動力學和高溫氣體動力學關系到各自研究領域的下一步發展趨勢，期望通過交流找到學科交叉的具體合作點。
張新宇、楊學明分別介紹了LHD、化學動力學研究中心及MRD的總體情況和研究特點。本次會議共做8個專題學術報告，分別涉及化學動力學理論、高溫氣體動力學以及燃燒反應、大連相干光源、超聲速燃燒和光學測量、交叉分子束、激波管化學反應動力學、反應速率計算、高超風洞和稀薄氣體風洞等多個方面，與會成員展開熱烈討論。
會議雙方經過細致討論，決定成立工作組，在飛行器表面反應動力學、反應速率測量、風洞實驗中的光譜學和質譜學、交叉分子束動力學和重大科研平臺建設等方面開展合作。
展開 2025大賽優秀作品 | 電池系統熱失控多物理場建模及高溫氣體疏導措施研究
作品名稱：電池系統熱失控多物理場建模及高溫氣體疏導措施研究
作者：重慶大學 | 張高陽
關鍵詞：電池熱失控機理，熱失控產氣速率計算，氣體爆炸極限，電池系統泄壓閥
作者說
利用Ansys SpaceClaim可以快速對電池包STP模型進行前處理，該軟件的操作流程比較清晰適合初學者進行三維數模設計，并且其共享拓撲和抽取流體的功能也十分好用，與Fluent Meshing相配合能夠快速劃分流體網格。另外，Fluent提供的UDF功能也給使用者提供了二次開發的接口，能夠自定義模型的物理反應過程，從而解決工程中出現的新問題。
目前，100Ah以上的三元鋰電池在電動汽車上得到了廣泛應用，而大容量三元鋰離電池發生熱失控后可能會誘發更為嚴重的火災事故。為此本案例針對117Ah三元鋰方形電池，在Fluent中使用UDF/UDS定義了SEI膜分解、負極與電解液反應、正極分解反應、電解質分解等過程，并利用T2之后溫度與溫升速率的函數關系得到內短路產熱的表達式。在此基礎上，結合AEC實驗數據擬合得到產熱/產氣速率方程，構建了CTP電池系統熱失控多物理場仿真模型，揭示了熱量的傳播與氣體擴散規律，發現在Pack尾部布置3個50mm泄壓閥時，系統內部的可燃氣體濃度能夠在17.3s內降至爆炸下限（LEL）以下，從而降低爆炸風險。
挑戰/需求
作者所在機構希望通過仿真工具建立高精度的電池熱失控產熱和產氣模型，并在此基礎上模擬CTP電池系統中單顆電池熱失控引起的熱量傳播與氣體擴散過程，以此評估隔熱設計的合理性并優化系統泄壓閥的布局與數量。
展開 高溫氣體動力學國家重點實驗室舉辦2018年度學術年會暨學術委員會會議
近日，高溫氣體動力學國家重點實驗室（以下簡稱LHD）2018年度學術年會暨學術委員會會議在力學所小禮堂順利召開，劉寶鏞院士、俞鴻儒院士、吳承康院士、胡文瑞院士、普林斯頓大學琚詒光教授、名古屋大學Sasoh教授、名古屋大學張紹良教授、東京工業大學肖鋒教授、中國科學技術大學楊基明教授、清華大學符松教授、酒泉衛星發射基地薛輝工程師，力學所黨委書記劉桂菊、各科研和管理部門負責人、LHD全體職工和研究生共計140余人出席了會議。會議開幕式由孫泉華研究員主持。
會上，實驗室主任張新宇作題為《抓住機遇、迎接挑戰，開創實驗室發展新局面》的報告，從定位與研究方向、科研任務、科研進展、成果產出、日常工作、發展規劃和下一步工作重點等方面總結了實驗室的各項工作。
學術報告會階段，各位委員重點針對戰略定位、科研選題、基礎研究、工程實踐、人才隊伍建設、學術交流、國家重點實驗室評估等方面提出了很多建設性的意見，為實驗室的長遠發展提供了參考思路。
會議還邀請了Sasoh教授、符松教授、肖鋒教授、李森研究員、李進平高工、張陳安高工分別報告了最新的研究內容，涵蓋了激波/氣泡相互作用、高超聲速飛行湍流與轉捩、強間斷流動/復雜結構相互作用、潔凈燃燒、高焓激波風洞氣動熱測量、寬域飛行器與飛行實驗等，與會者針對各個報告展開了熱烈討論。
劉桂菊在會上發表講話。她首先感謝各位學術委員和嘉賓對LHD實驗室長久以來的關注和支持，肯定了LHD實驗室一年來的工作以及在“科技報國、甘于奉獻、勇于創新”方面的努力與成效，并對實驗室在“老陣地、新站位”、聯合實驗室建設、人才隊伍建設、科研項目構成、實驗室評估方面提出了具體的要求。
年會現場
學術委員會與嘉賓合影
展開 高溫氣體動力學國家重點實驗室召開2018年度夏季學術研討會暨紀念郭永懷先生犧牲五十周年學術討論會
8月25-26日，高溫氣體動力學國家重點實驗室（簡稱“LHD”）夏季學術研討會暨紀念郭永懷先生犧牲五十周年學術討論會在力學所懷柔園區召開。黨委書記劉桂菊，實驗室主任張新宇、副主任趙偉，實驗室學術委員會主任姜宗林，以及90余位科研人員和研究生參加會議。
劉桂菊發言表示，她希望LHD能夠在國家重大方向發揮更大作用，既要發揮老中青三代的各自優勢，又要重點培養和突出青年的創新性和創造力。隨后，她又介紹了所黨委關于郭永懷學術思想系列活動的有關情況，并號召大家學習郭永懷先生的高瞻遠矚的學術判斷力，以及科技報國的偉大情懷。
張新宇介紹了該學術活動的發展歷程，表示將進一步優化會議組織方式，打造“夏季學術研討”品牌，增強學術凝聚力。姜宗林對實驗室發展提出建議，希望實驗室在學科發展新形勢下，走出有自主特色的新道路；趙偉追憶了郭永懷與力學所，以及與LHD的淵源，重溫了郭老在高超聲速空氣動力學領域的卓越學術思想。
學術研討會共交流研討41篇報告，涉及理論與建模、裝備與測量、計算方法、氣動布局設計、推進技術和燃燒機理、復雜流動模擬、非平衡流動分析等領域，涵蓋了實驗室科研布局的五個主要方向。還特邀香港中文大學任偉博士作了有關先進診斷技術的報告。
會議還舉行了授聘儀式，聘請任偉為LHD客座研究員；并舉行青年座談會，大家暢所欲言，為實驗室發展獻計獻策；會議同時評選出優秀青年論文2篇和優秀學生論文4篇。
參會人員合影
劉桂菊致辭
客座研究員受聘儀式
優秀論文獲獎人員合影
海報時間討論
青年座談會
展開 
畜禽糞便高溫好氧堆肥氣體排放監測
高溫好氧堆肥作為一種有效的畜禽糞便處理方式，其過程中會產生和排放多種氣體，如二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等溫室氣體以及氨氣（NH3），這些氣體的排放不僅對環境造成污染，也對生態造成破壞。因此，對畜禽糞便高溫好氧堆肥過程中的氣體排放進行實時監測和分析，具有重要的理論和實踐意義。
一、監測目的
好氧堆肥過程中會產生和排放多種氣體，如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等溫室氣體以及氨氣（NH3）等有害氣體。對這些氣體進行實時監測和分析，旨在實現以下目的：
了解堆肥過程中氣體的動態變化情況，為優化堆肥工藝提供依據。
評估堆肥過程對環境的影響，確保堆肥過程符合環保要求。
提高堆肥效率，降低能耗和成本。
二、監測內容
二氧化碳（CO2）排放監測：在好氧堆肥過程中，CO2是主要的產生氣體之一。監測其排放濃度和變化趨勢，可以了解堆肥過程中的碳轉化情況。研究表明，在堆肥過程的前6天，CO2濃度超過30%，在高溫階段基本高于15%，之后逐漸降低至10%以下。
甲烷（CH4）排放監測：CH4是另一種重要的溫室氣體，其排放對全球氣候變化具有重要影響。在堆肥過程中，CH4排放呈現先增大再減小的周期性變化趨勢。監測CH4排放有助于評估堆肥過程對全球氣候的影響。
氨氣（NH3）排放監測：NH3是堆肥過程中產生的一種有害氣體，對人體和環境具有一定的危害。NH3的產生與排放主要集中在堆肥過程的前18天，其濃度在前4天上升較慢，從第5～10天迅速升高并于第10天達到最大值（如466ppm），之后逐漸降低直至0左右。
三、監測方法
實時在線監測：通過安裝氣體分析儀等儀器設備，對堆肥過程中產生的氣體進行實時在線監測。這種方法可以實時監測氣體的濃度和變化趨勢，為優化堆肥工藝提供及時、準確的數據支持。
展開 PID傳感器:監測窯灶高溫燃燒產生的VOCs氣體
產品精度和分辨率高，可以有效的檢測各種VOC濃度，這些系統的使用為高溫燃燒過程提供了可靠的數據支持，為環保管理和安全生產提供了強大的工具。
綜上所述，PID傳感器在窯灶高溫燃燒中扮演了多重角色，包括降低環境污染風險、提高工作場所安全性和優化生產過程。隨著科技的不斷進步，相信PID傳感器將在工業生產中發揮越來越重要的作用，為可持續發展和安全生產提供更為可靠的支持。
二次燃燒爐的設計
在這個燃燒爐中，由于油料的燃燒，產生大量的熱和廢氣，除了出現高溫氣體的湍流，還有多達五種物質的化學反應：CO，H2，O2，CO2和H2O。對于數值模擬而言，需要解決的問題是氣體的流動，溫度的傳導及對流，以及化學反應。很明顯，這個過程是一個完全耦合的多物理場問題：由于氣體的流動，使得溫度的對流加劇，溫度的不同則影響到氣體的流動屬性的變化（密度和粘度等）；化學反應熱成為溫度的熱源，而其反應常數卻又受溫度的極大影響，反應速率則依賴于反應物的濃度，后者是通過氣流進行擴散和對流。
COMSOL Multiphysics除了提供自定義的偏微分方程（PDE）應用模式用于求解用戶自己建立的數值模型，還預置了大量的可完全進行相互耦合的物理應用模式。Giuliano C.博士采用k-ε湍流應用模式來模擬氣流，用廣義傳熱模式來模擬溫度擴散及對流，其中的熱源可以通過化學反應速率方程來描述。
經過計算，可以模擬各種不同條件下，燃燒爐中的溫度、流速、物質分布等，并分析各種條件的影響，從而設計出最佳的爐體和生產條件。當加注燃料的速度接近設計值時，燃燒爐中的各種參數的分布如下，
從左到右依次為流線圖，溫度等勢面圖，水分的濃度分布圖
通過計算機模擬得到的只是理論上這種二次燃燒爐所能達到的效率，實際生產中，由于裝配上的問題，整個燃燒爐中常常會出現氣體等的泄漏，特別是在靠近噴嘴的位置，當高溫反應氣體泄漏到再循環爐體后，容易導致爐體的熔融（如下圖）。
左圖為高溫氣體泄漏示意圖，右圖為水分的濃度分布
通過模擬，結果表明可以通過在整個裝配體中添加一些耐高溫擋板，減少這種高溫氣體的泄漏，因此經過仿真設計后，最終得到如下圖所示的二次燃燒爐的爐體結構。
展開 法蘭型高溫氧氣傳感器檢測船舶工業惰性氣體系統中的含氧量
英國SST 法蘭型高溫氧氣傳感器（O2傳感器） - O2S-FR-T4的敏感元件是氧化鋯材料，對被測試氧氣無消耗，無需參考氣體，可在任何已知氣體（包括新鮮空氣）中進行簡單的單點校準。可以測試0.1~100%VOL 氧氣濃度，氧分壓測量2-3000mbar，可以在300~400°C高溫下工作，響應時間小于4秒。當傳感器連續測量氧氣水平時，也會產生心跳信號，提供任何故障的即時警告。氧傳感器提供線性輸出信號，使用壽命長達5年。通常情況，人們選擇將其安裝在船舶放置燃油箱的環境或者貨油艙內，通過檢測環境的氧偏壓，接著借助標準大氣壓做分母，就能很容易地換算出zui終氧濃度，而且整個過程并不消耗任何待測氣體，所以測出的數據也非常精準。
展開 第十八屆全國激波與激波管學術會議紀要
本屆會議由中國力學學會指導，中國力學學會激波與激波管專業委員會主辦，中科院力學所高溫氣體動力學國家重點實驗室和北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室聯合承辦，《氣體物理》期刊協辦。共有來自中科院力學所、中國科學技術大學、中國科學院大學、中國空氣動力研究與發展中心、中國航天空氣動力技術研究院、國防科技大學等國內外30余家高校和科研院所的150余位代表出席了會議。
大會開幕式在6月15日上午舉行，大會主席張新宇在致辭中回顧了第一屆全國會議至今的40年中國激波研究歷程和本屆大會的組織情況。激波與激波管專業委員會主任姜宗林綜述了俞鴻儒院士在發展爆轟驅動理論與技術、推動激波領域學科發展、培育國家高溫氣動研究團隊、提升我國國際影響方面作出的卓越貢獻，并代表專委會給俞鴻儒院士頒發了“中國激波卓越貢獻獎”。俞鴻儒院士在大會特邀報告中回顧了激波管的發展歷史，并闡述了郭永懷先生在部署該領域研究方向時的前瞻性、戰略性大家風范。軍事科學院國防工程研究院周豐峻院士、國防科技大學王振國院士、中國力學學會副理事長戴蘭宏、中國空氣動力學會理事長/中國空氣動力研究與發展中心總師唐志共、中國航天空氣動力技術研究院院長李鋒、中科院力學所黨委書記劉桂菊分別致辭表示祝賀。中國空氣動力研究與發展中心樂嘉陵院士、美國德克薩斯大學Frank K Lu教授和德國亞琛工業大學Herbert Olivier教授分別作大會報告。
大會論文集共收錄論文120余篇，論文內容涉及到高溫氣體動力學、實驗設備和技術、激波動力學、超聲速燃燒、邊界層轉捩、界面不穩定性、爆炸和爆轟、數值方法等激波和激波管研究的相關領域。大會組委會經過認真討論，從大會宣講的90多篇學術報告中評選出3篇優秀青年論文和6篇優秀學生論文，并在閉幕式上向獲獎者頒發證書。
展開 電動汽車機艙散熱問題CFD仿真分析優化及試驗驗證
怠速時新風過少，說明冷凝器高溫回流較多，進而說明40km/h時，回流冷凝器的高溫氣體也偏多，影響了冷凝器的制冷能力。
3.2 增加格柵開口
此狀態車速40km/h時，格柵進風0.549kg/s，冷凝器進風0.401kg/s，車速0km/h時，格柵進風0.176kg/s，冷凝器進風0.361kg/s。雖然40km/h時格柵進風量比冷凝器進風量高，但不能說明通過冷凝器的風全部來自格柵，仍有相當的回流量。兩車速下冷凝器進風相對于基礎狀態變化不大，怠速時格柵進風變化明顯，增加了約47%。
3.3 理想導流罩
此狀態車速40km/h時，格柵進風0.475kg/s，冷凝器進風0.427kg/s, 車速0km/h時，格柵進風0.282kg/s，冷凝器進風0.334kg/s。車速40km/h時，格柵進風比情形二減小約14%，怠速時格柵進風比情形二增加約60%。說明能夠流入冷凝器的新風得到進一步增加。
3.4 新造型前保
此狀態車速40km/h時，格柵進風0.941kg/s，冷凝器進風0.388kg/s，車速0km/h時，格柵進風0.197kg/s，冷凝器進風0.359kg/s。車速40km/h時，格柵進風比基礎狀態增加約170%，怠速時格柵進風比基礎狀態增加約64%。說明能夠流入冷凝器的新風明顯增加。
3.5 有上橫板的工程導流罩
此狀態車速40km/h時，格柵進風0.839kg/s，冷凝器進風0.412kg/s，車速0km/h時，格柵進風0.226kg/s，冷凝器進風0.353kg/s。車速40km/h時，格柵進風比情形四降低約11%，冷凝器通風量增加6%，怠速時格柵進風比情形四增加約15%，冷凝器的通風量變化很小，流入冷凝器的新風進一步增加，冷凝器制冷能力比情形四時要高。
展開 催化燃燒在線和離線的區別
離線催化燃燒設備工作原理：
1、廢氣經活性炭吸附后，將飽和的活性炭放置到高溫脫附箱內。關閉箱門，啟動設備總開關，設置反應時間。催化燃燒室內的加熱管起先工作，將溫度加熱到設置的溫度250℃后，風機啟動，熱風進入高溫脫附箱內，活性炭進行脫附。通過管道有機廢氣進入催化燃燒室，進行無焰燃燒，放出熱量，生成二氧化碳和水；2、反應后的氣體經換熱室進行熱交換降低溫度后再經阻火器后悔到管道內，當氣體溫度超過設置的溫度時，冷風機補充冷風，降低溫度后的氣體回到高溫脫附箱完成一次循環。
在線催化燃燒工作原理：
1、有機廢氣在風機引力作用下進入催化燃燒系統，經過干式過濾器(標配)對其中的顆粒物進行過濾，有機廢氣進入活性炭吸附箱，廢氣分子被活性炭吸附、濃縮，干凈空氣進入煙囪實現高空排放；隨著活性炭趨于飽和，CO爐啟動，對催化劑和爐內空氣進行加熱，熱空氣經補風閥調溫后接入活性炭吸附箱，對活性炭進行脫附，脫附的高濃度廢氣分子進入CO爐，在催化劑的作用下發生無焰燃燒，實現高溫氧化分解，生成二氧化碳和水蒸氣排進煙囪；部分高溫氣體繼續對吸附箱進行脫附，如此循環；2、箱子在線型催化燃燒設備工作時，其中2個吸附箱處于吸附狀態，1個吸附箱處于備用狀態。當需要進行脫附時，備用的箱體進入吸附狀態，替換掉一個需要脫附的箱體，單進行脫附。該箱體脫附完成后用以替換另一個需要脫附的箱體，從而實現活性炭箱體一直有2個處在吸附狀態，保持對有機廢氣的24小時在線處理。
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常頂揮發線的露點腐蝕與多相流模擬
圖4 液相含率云圖
從圖4中可以看出，氣體流速比較大，注水后進入揮發線管道內的液相水被吹散，受重力作用在注入點下游0.56m后開始跌落。
圖5 水蒸氣傳質速率云圖
從圖5中可以看出，高溫氣體遇到低溫水，水蒸氣變為過飽和狀態，發生冷凝現象（負值表示冷凝），最大傳質速率為-17.7kg/m3·s，出現在跌落區域，因為水與管道壁面發生撞擊，氣液相對速度較大，湍流作用也較強。水在跌落前，與高溫氣體接觸面積大，對總傳熱傳質貢獻最大。
圖6 氣相溫度云圖
從圖6中能看出流場出現明顯的脈動現象，高溫氣體被大尺度渦旋帶到下游，持續與水進行傳熱傳質，油氣溫度持續下降，最終在距離注水口下游約1.5m附近穩定在了69℃（342K）。
3.2 腐蝕性介質的溶解情況
圖7 氯化氫溶解速率云圖
同水蒸氣冷凝相似，氯化氫最大溶解速率也發生在跌落處，最大值為1.88e-3 kg/m3·s。這時，大量的氯化氫溶解進入水相跌落區內（也即初凝區），造成局部呈強酸性，這就是產生鹽酸低溫露點腐蝕的主要原因。
圖8 硫化氫溶解速率云圖
對于氣相中的硫化氫，其溶解情況與氯化氫并不相同，從圖8可以看出，硫化氫的最大的溶解和反向的逸出過程均出現在管道內部中間位置，這主要是由于硫化氫的溶解度相比氯化氫要低的多，因此很快達到局部飽和，當遇到高溫氣團時，硫化氫再次逸出（即圖中藍色區域）。
展開 『原創』fluent
模擬氣固兩相流中，固體顆粒在高溫氣體中分解，這個模擬都要用到哪些模型！謝謝,如能解答不甚感激！
一種粉塵顆粒沉降室，在混冷風、噴冷卻水的作用下，沉降效率大小模擬分析 ￥20
（4）溫度影響：高溫氣體需修正黏度μ（如200℃空氣黏度比常溫高23%），降低 vs
圖1 三維模型
計算參數如下：標況下煙氣風量為240000m3/h，溫度800℃，工況風量為943296m3/h，煙氣進口管道風速為16.3m/s；各冷風主管風量為15000m3/h，冷風主管風速為16.93m/s；粉塵濃度為8g/Nm3，其中70%微硅粉粒徑為0.3μm，粉塵容重為200kg/m3。流體密度為0.4043kg/m3；冷卻水用量為3t/h，采用DPM模型計算冷卻水液滴分布狀態，冷卻水噴嘴模型進行簡化，選solid-cone，擴散角55°，噴槍示意如圖2所示。
CFD模擬：檢查氣流均勻性（速度云圖）和顆粒軌跡（DPM模型）。
經驗公式對比：如L/H 比值通常取3~5（粗顆粒）或5~10（細顆粒）
圖2 噴嘴噴水方向示意圖
展開 RTO設備原理及優點
氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預熱后續進入的有機廢氣。從而節省廢氣升溫的燃料消耗。陶瓷蓄熱室應分成兩個（含兩個）以上，每個蓄熱室依次經歷蓄熱-放熱-清掃等程序，周而復始，連續工作。蓄熱室“放熱”后應立即引入適量潔凈空氣對該蓄熱室進行清掃（以保證VOC去除率在98%以上），只有待清掃完成后才能進入“蓄熱”程序。否則殘留的VOCS隨煙氣排放到煙囪從而降低處理效率。 2.RTO廢氣處理設備優點 1) 結構緊湊，占地面積小。 2) 凈化效率高。 3) 節能。 4) 系統壓力波動小。 5) 五年無需維修。 3.RTO廢氣處理設備應用范圍 產品主要可以處理低濃度、大風量的工業廢氣，成分烷烴、烯烴、、醇類、酮類、醚類、酯類、芳烴、苯類等碳氫化合物有機廢氣適用于噴漆車間廢氣處理、電子產品制造、印刷、注塑、石化醫療等行業的廢氣處理。 4.RTO廢氣處理設備應用在涂裝生產線行業 噴漆室廢氣處理方案汽車涂裝產生的有機廢氣特點是廢氣量大，VOCs濃度較低，如果直接采用熱力焚燒氧化處理燃料消耗很大，不環保經濟，目前行業應用較多的凈化方法是轉輪吸附濃縮及熱力焚燒系統，熱力焚燒一般有2種形式，回收式熱力焚燒系統(TNV)和蓄熱式熱力焚燒系統(RTO)，系統利用“吸附→脫附→濃縮焚化”等3個連續過程，處理高流量、低污染物濃度及含多種VOCs的廢氣。廢氣處理系統包括空氣預熱干燥段、空氣過濾器、沸石濃縮轉輪(廢氣濃縮比為(10~15)∶1)、加壓風機(變頻)、解附氣體預熱器、廢氣焚燒爐、內部管道系統、支撐鋼構及電控系統等。
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