【摘 要】
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远洋船舶是全世界最主要的贸易运输方式之一,然而船舶运输过程中会通过尾气排放大量污染物质,严重破坏生态环境。由于船舶尾气排放中氮氧化物(NOx)的危害极大,船舶NOx的减排方法一直以来是研究的重点。氧化亚氮(N20)是NOx组成部分之一,它既是造成温室效应和臭氧空洞的主要物质,又是生成其它NOx的重要中间产物。因此,有必要深入研究燃烧过程中N20相关的反应机理,进而更深刻的理解N20生成与消去的过程
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远洋船舶是全世界最主要的贸易运输方式之一,然而船舶运输过程中会通过尾气排放大量污染物质,严重破坏生态环境。由于船舶尾气排放中氮氧化物(NOx)的危害极大,船舶NOx的减排方法一直以来是研究的重点。氧化亚氮(N20)是NOx组成部分之一,它既是造成温室效应和臭氧空洞的主要物质,又是生成其它NOx的重要中间产物。因此,有必要深入研究燃烧过程中N20相关的反应机理,进而更深刻的理解N20生成与消去的过程。本文根据Zeldovich机理和GRI-Mech 3.0机理确定N20体系中所包含的化学反应。利用Gaussian 09软件优化反应物、过渡态、中间体的几何构型,并计算分子振动频率和能量等相关参数。根据过渡态和RRKM(Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus)理论,利用姚丽-林圣贤方法(YL)方法分别对所确定反应的速率常数进行计算。此外,利用Morse势振动模型计算非谐振速率常数,从而减少传统理论在该计算中的误差。通过对比谐振和非谐振速率常数的差别,探究非谐振效应对不同反应的影响。同时,分别将计算所得速率常数的值与实验结果进行对比,进一步证明非谐振效应的重要性。为了更加准确地描述计算结果,通过上述计算数据利用最小二乘法进行拟合,得到反应机理中的热力学和动力学参数。对于本文所研究N20体系中的每个反应,所有通道中的谐振与非谐振反应的速率常数都随着温度的升高而增加;多数反应谐振与非谐振速率常数之间的差异也随着温度的升高而逐渐增大。此外尤其是在高温区间内,非谐振下的速率常数与实验值更加吻合。在温度高于2500 K时,对于直接生成N20反应的非谐振速率常数均大于108量级,这与以往实验中的结论相近;同时在此温度区间内,对于N20分解反应的速率常数也均在108量级以上,并且这些反应在消耗N20的同时能够生成一氧化氮(NO),这与实际船舶尾气NOx中NO含量高,N20含量低的情况表现一致。
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