燃料与自由基的Lewis数对预混气体点火的影响

通过渐近理论分析研究了燃料与自由基的Lewis数对预混气体点火的影响。采用包含自由基的两步化学反应,基于火焰球模型,推导出了描述火焰球半径随点火能以及燃料与自由基的Lewis数而变化的关系式。并在此基础上发现不同参数条件下成功点火的三种情况,研究了燃料与自由基的Lewis数对最小点火能的影响。研究结果表明:随着燃料Lewis数的增大,最小点火能增大;随着自由基Lewis数的增大,最小点火能减小。     

超声速预混可燃气流的点火与燃烧

在激波风洞一激波管组合设备上开展了碳氢燃料超声速预混可燃气流的点火与燃烧实验研究。实验结果表明:利用激波对燃料进行预热,并以高温燃气作为引导火焰,可以有效缩短汽油空气超声速可燃混气的点火延迟时间,使之缩短到 0.2 ms以下。利用纹影照片对超声速燃烧流场结构作出了分析;研究了超声速预混可燃气流的温度以及当量比对超声速燃烧流场结构、点火与火焰传播特性的影响。     

燃料射流与空气协流混合中的自点火预测研究

预混燃烧室燃料与空气混合过程中出现的自点火会引起回火与挂火,烧毁燃料喷嘴。针对这一问题,利用实验台模拟贫燃燃烧室预混过程,燃料射流与预热后的空气协流同向喷入石英管预混段中,研究自点火现象。本文结合机器学习和物理规律分析,开展湍流混合过程的自点火预测研究。基于二元逻辑回归建立了机器学习模型,模型的特征由分析影响自点火的物理规律得到,训练和校验模型所需的数据由燃料射流-空气协流的自点火实验获得。结果显示,机器学习方法能快速、准确地预测混合过程中自点火的发生和火焰类型,并揭示其关键影响因素。与传统的数值计算方法相比,机器学习方法预测自点火所需的时间仅为传统数值模拟方法的几千分之一。     

H2/Air/CO2点火过程中的热辐射和化学反应效应

本文采用基于详细化学反应机理的化学反应流自适应数值模拟技术,研究了添加二氧化碳对氢气/空气预混气体点火的影响,获得了不同当量比下最小点火能随稀释率的变化情况。本文引入最小点火能的热辐射敏感度与化学反应敏感度,重点分析了CO₂的热辐射效应和化学反应效应对最小点火能的影响。研究结果表明二氧化碳的热辐射效应和化学反应效应只有在接近极限稀释率时才会导致最小点火能有显著升高。     

JP-10点火延时的激波管研究

在预加热激波管上测定了JP-10的点火延时时间．采用高精度真空仪直接测定注入激波管中JP-10蒸气压力，获得了JP-10气相浓度，解决了高碳数碳氢燃料点火延时激波管实验时管壁吸附影响燃料气相浓度确定的困难．采用压力传感器、单色仪和光电倍增管记录得到了完整的点火过程引起的压力变化和OH或CH自由基发射强度变化．自由基发射信号作为诊断点火发生的手段．当实验压力为151?556 kPa，温度为1000?2120 K，JP-10摩尔百分比为0.1%?0.55%，化学当量比为0.25、0.5、1.0、2.0时，获得了点火延时时间与实验温度、JP-10浓度、O2浓度的依赖关系，结果还表明，高温区和低温区呈现出不同的依赖关系．     

低温化学影响下的火焰不稳定性研究

考虑详细化学反应及输运过程,对不可压N-S方程直接数值求解,研究了低温化学影响下的火焰水力学及胞状不稳定性。结果表明,预热后已发生低温化学反应的混合气,其火焰的扰动增长率明显大于未发生低温反应的混合气火焰。通过对预热后混合气火焰的关键参数分析,发现和未预热混气火焰相比其无量纲释热量、Lewis数及Zeldovich数都显著减小。依据已有理论可知,在Lewis数大于1的条件下,上述参数的减小将使得胞状不稳定性对扰动增长的抑制作用减弱。因此,预热后火焰的增长率明显增大。同时,在低温反应中,大量自由基和其它小分子的形成,使得预热后混合气火焰Lewis数减小,从而其火焰胞状结构的深度和高度都变小。     

粉尘云电火花最小点火能的统计分析

基于统计分析的Logistic回归模型,应用以概率表示粉尘云最小点火能的计算方法,在容积为1.28L的Mike 3管内对不同浓度的烟酸粉尘-空气混合物进行了最小点火能测试实验,利用SPSS软件计算得到了各浓度下烟酸粉尘云点火成功概率为10%和50%时的最小点火能。结果表明,烟酸粉尘云最小点火能随浓度的增大呈现先减小后增大的趋势,最后保持在一定的能量范围内。与其他标准的计算结果相比,这种方法给出的结果更符合实际情况,也能满足不同生产环境对安全控制的需要。     

间接驱动冷冻双壳层点火靶的设计和分析

双壳层靶中,由于燃料被高Z壳层包裹,其点火方式要求燃料整体点火,不同于单壳层中心热斑点火。结合点火条件和对于其中物理过程的认识,设计了间接驱动的冷冻双壳层点火靶。利用冷冻的氘氚(DT)燃料,可适当提高双壳层靶的燃料装量,获得和NIF装置条件下中心热斑点火靶相当的放能。间接驱动下,X射线烧蚀并驱动外壳层碰撞内壳层,把能量传递给内壳层,进而压缩和点燃冷冻的DT燃料。壳层碰撞过程是能量传递的关键,通过调整内外壳层的质量比,提高了碰撞效率,相应地降低了靶丸点火的能量需求。一维数值模拟分析了该点火靶的内爆过程及定性分析了其中的流体力学不稳定性。同时,也指出了泡沫中形成的辐射冲击波对内壳层的预热效应,即辐射冲击波的致稳效应,能够很好地抑制内壳层外界面处的不稳定性发展,进而会减弱高Z内壳层和燃料的混合。     

拉伸流扩散火焰面结构及熄火的研究

对拉伸层流扩散火焰面进行了数值模拟,考察了在以往湍流燃烧的火焰面模型中,假定Lewis数等于1的可靠性,研究了不同分子扩散和火焰辐射对火焰面结构、氮氧化物排放和熄火临界的影响.计算结果表明,Lewis数等于1的假定在火焰面结构的计算中存在很大的近似性,火焰辐射可以引起低拉伸条件下的熄火临界.     

甲烷-空气最小点火能量预测理论模型

 最小点火能是可燃气体危险性辨识的重要参数之一。为从理论上得到混合气体的最小点火能,建立了可燃气体火花点火的物理模型,给出了通过数值模拟得到的可燃气体最小点火能量的预测方法,采用该方法得到了甲烷-空气混合气火花点火的临界温度及最小点火能量。结果表明：甲烷-空气混合气的最小点火能量与浓度呈U型关系,浓度为8.5%的预混气的最小点火能量计算值为0.39 mJ,与实验值0.4 mJ吻合较好。     

水雾作用下富燃料甲烷预混火焰化学发光特性

利用阶梯光栅光谱仪与自行研制的水雾协流管式燃烧器,对富燃料甲烷/空气层流预混火焰化学发光特性进行实验研究.分析了锥形预混火焰燃烧过程中火焰面OH、CH以及C2自由基粒子光谱强度分布规律,以及水雾协流作用下的预混火焰发射光谱特性,探讨了水雾液滴对富燃料甲烷预混火焰发射光谱的影响.实验结果表明:当水雾量充足时,作用于内锥火焰阵面的水雾液滴使得火焰阵面OH、CH以及C2自由基粒子发射光谱强度减弱,抑制预混火焰燃烧;当作用于火焰面的水雾载荷比较小时,富燃料预混火焰的OH、CH的发射光谱强度得到一定程度的增强.     

利用OH自由基特征发射谱测量正庚烷的点火延迟时间

在化学激波管中利用反射激波进行点火,采用OH自由基在306.4nm处特征发射谱线强度的急剧变化标志燃料的着火,由光谱单色仪、光电倍增管、压力传感器和示波器组成测量系统,测量了正庚烷/氧气的点火延迟时间,点火压力(1.0±0.1)和(0.75±0.05)atm,点火温度1 170～1 730K,当量比1.0,得到了在此实验条件下正庚烷/氧气点火延迟时间随温度变化的关系式。研究结果表明正庚烷/氧气点火延迟时间随温度的增加呈指数减小,点火压力为0.75atm时,随着点火温度的增加,点火延迟时间的变化率要小于1.0atm条件时。实验结果为建立正庚烷燃烧反应动力学模型,验证正庚烷燃烧反应机理提供了实验依据。     

入口温度对微型凹腔燃烧器中H_2/air燃烧效率的影响

通过数值模拟研究了入口温度对贫燃H_2/air混合气燃烧效率的影响。结果表明:当量比为0.5时,即使入口温度为300 K也能获得很高的燃烧效率,而当量比为0.3和0.4时,由于火焰尖端发生分裂,导致燃料泄漏和燃烧效率下降。入口温度上升50~100 K时,火焰尖端分裂得到显著改善。分析表明:一方面,依据Arrhenius定律,提高混合气温度可以直接增加燃烧反应速率;另一方面,提高入口温度在一定程度上可以增加混合气的有效Lewis数;此外,提高入口温度可使火焰高度变小,削弱火焰拉伸效应的影响。总之,对于贫燃H_2/air火焰来说,小幅提高混合气的初始温度就能明显增加火焰尖端的燃烧强度,抑制火焰尖端分裂现象的发生,提高燃烧效率。     

强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制

为解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,探索寻找绿色环保且阻火性能优越的新型抑爆剂,开展了当量比下甲烷-空气预混气体爆炸传播过程中的七氟丙烷抑爆效果研究。实验采用长径比L/D=108的水平管道爆炸特性测试系统,研究了在强点火作用下不同体积分数的七氟丙烷对9.5%甲烷-空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和火焰传播速度的影响。实验结果显示:将2.5 m长的管段作为七氟丙烷抑爆区时,七氟丙烷阻断9.5%甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播的最小体积分数为5%;当七氟丙烷的体积分数为1%~4%时,不仅无法阻断爆炸火焰的传播,而且与对照组相比,会使火焰传播速度加快;当七氟丙烷的体积分数为1%~6%时,爆炸源及管道末端处的爆炸压力峰值随着七氟丙烷体积分数的增加而逐渐减小;当七氟丙烷的体积分数为3%时,抑爆区处的爆炸压力峰值与对照组相比增幅为10.9%。     

辐射传热对微重力环境下预混火焰传播特性的影响

1引言在火焰中，辐射过程是一种重要的传热方式。对该过程尽可能精确的计算，对于改进燃烧设备的设计、改善设备的运行性能十分有益。在正常重力环境下，与其它的释热现象相比，预混火焰中的辐射热损失十分微弱，因而，过去对预混火焰的分析中，往往忽略了辐射热损失的影响。近年来，对微重力（ug）环境下的预混火焰的研究结果表明，可燃极限与＃s最小点火能无关，自媳灭火焰（SEFs）发生时；其释放的能量比通常观察到的点火极限时的能量大几个数量级山，因此火焰伸张并不能解释“g环境下观察到的实验结果，辐射热损失可能是影响＃g火焰可…     

奇异摄动法简化化学反应机理

本文简单介绍了奇异摄动方法简化化学反应机理的原理,通过对反应过程中不同反应模态的特征时间来区分反应过程中的快慢模态,并由此确定简化机理的组分数,对氢气/空气、甲烷/空气的燃烧机理分别用CSP方法做简化,对GRI-2.11的简化机理论与详细机理对点火延迟时间和火焰传播速度进行了较宽压力和当量比下的验证,结果证明了该方法的有效性和准确性。同时也讨论了不同反应快模态数的选择对结果会产生的影响,为得到能模拟点火过程的简化机理提供一种参考方法。     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）北大核心CSCD

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

障碍物扰动对预混气点火的影响

在一根半开口管道中,以乙炔为燃料,改变当量比和进气速度,实验研究了障碍物扰动对预混气点火的影响。实验表明,在小当量比情况下,在没有障碍物的光管中,随着进气速度的增加,点火所需要的当量比逐渐减小,回火区域逐渐增大。而添加障碍物后,回火区域的位置和点火所需要的当量比相对来说比较稳定,基本不随进气速度的增加而大幅度变化。并且由于障碍物引起的扰动使得点火所需要的当量比要比无障碍物时大得多。     

戊二烯快速反应点火特性的光谱研究

采用ＯＭＡⅢ光多道谱仪、单色谱仪及作者研制的相关测试技术,研究了高温激波管中戊二烯快速反应光谱和点火延迟时间。研究表明：利用各种谱仪技术能较好地研究易挥发燃料的快速反应点火特性。利用谱仪技术所确认的较早出现的反应中间产物来测定的点火延迟时间,与国内外常用的全色光技术进行了比较。     

加压条件下NO影响合成气点火特性的实验研究

本文成功搭建了加压对冲燃烧实验系统,该实验系统可将反应气体预热至1600 K,可调压力范围0.06～1.5MPa。在此基础上研究了合成气组分及NO加入量对其点火特性的影响,结果显示合成气点火温度主要受H₂浓度影响,而NO的加入有利于降低合成气点火温度,并且存在最佳的NO浓度使得点火温度达到最小值。