近日，能源与动力工程学院蔡伟华教授团队在碳氢火焰的能量转化及热力学特性分析中取得重要突破，相关研究“Experimental and numerical analysis of the thermodynamic characteristics of a hydrocarbon flame with an improved second-law thermodynamic model”于2025年4月6日在线发表在国际顶尖期刊《Energy》上。我院青年教师张仲侬为第一作者。

在工业体系中，燃烧是能源生成和碳排放的主要来源。随着“双碳”目标的提出，我国对于高效、低碳的燃烧方式的需求逐渐提高。燃烧伴随着化学能→热力学能→辐射能的能量转化过程，并引起了有用能的损失。基于此，本工作开展了燃烧火焰的热力学第二定律分析，这一分析方法可以有效、准确地描述火焰内的能量转化过程，相关研究对提升燃烧效率、实现燃烧系统的能源经济优化具有重要意义。

团队基于燃烧过程的热力学机制发展了化学-热-光能量转化模型。针对乙烯预混火焰，并结合所建立的能量转化模型，开展了实验和数值研究，工作整体流程图如图1所示。在实验研究中，测量了火焰的红外自发射光谱以及出射辐射㶲，进一步定量分析了当量比对光谱分布以及辐射能品质的影响，测量得到的火焰辐射光谱和辐射㶲分布如图2所示；在数值研究中，构建并求解了乙烯预混火焰的数值计算模型，阐明了当量比对火焰中有用能损失、化学反应机制以及能量转化特性的影响，数值计算得到的各工况下㶲流分布如图3所示。该工作所建立的热力学分析模型进一步完善了燃烧效率的评估体系，同时所提出的燃烧过程化学机制的分析方法为燃烧特性分析提供了新的视角和思路。

图1 研究思路图

图2 火焰图像以及辐射强度和辐射㶲随(a)波长和(c)高度的变化

图3 不同当量比下化学㶲流和热力学㶲流随高度的分布

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.136055.

来源：能源与动力工程学院

初审：张 伟

复审：曹瑞峰

终审：李金韦