甲烷预混燃烧火焰的详细数值模拟

将六步简化甲烷燃烧反应模型与层流Ｎ－Ｓ方程相结合，数值模拟了定常与非定常的甲烷预混燃烧火焰．得到了速度、温度和包括ＣＯ和ＮＯ在内的十种组份的浓度分布；预测了进气流量脉动时的燃烧流场特性．该模型及其计算软件可较推确地模拟化学反应动力学起主导作用的甲烷预混燃烧现象，为研究燃烧过程特性，发展高效低污染燃烧技术与设备提供了有力的数值研究工具．     

预混多喷嘴火焰自激振荡燃烧的实验研究

针对甲烷/空气预混多喷嘴火焰的自激振荡燃烧进行了激光可视化实验研究。采用动态压力传感器记录压力脉动,利用激光诱导荧光技术对多喷嘴火焰结构进行相同步测量。实验结果表明,多喷嘴燃烧室的压力脉动频率为41 Hz,幅值为1370 Pa。火焰沿着轴向发生周期性跳动,在0°~60°相位时,喷嘴发生回火。中心火焰的推举高度比外侧火焰高,但燃烧反应强度低于外侧火焰。在相邻火焰干涉区发生局部熄火与重新点燃,相邻火焰干涉区和火焰根部区的不稳定热释放和压力脉动的耦合是引起预混多喷嘴火焰自激振荡燃烧的主要原因。     

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.     

用高空气球搭载微重力实验研究浮力对预混V形火焰的影响

在地面实验中观测到的燃烧现象,包含了浮力的影响。利用微重力实验在浮力消失后研究火焰,有助于深入理解燃烧过程。本文介绍了利用高空气球搭载微重力实验对甲烷－空气预混Ｖ形火焰的研究。实验提供了长时间微重力环境下火焰的动态图像。利用计算机图像处理方法对火焰图像的分析表明,在本实验的工况下,微重力下预混Ｖ形火焰锋面的张角比正常重力下变大,皱折和摆动加剧。这说明浮力确实影响预混燃烧过程。     

基于AdapChem方法的甲烷预混和非预混燃烧数值计算

采用自适应化学理论AdapChem的方法对两种CH4/空气部分预混、非预混火焰的燃烧过程开展了数值模拟工作.计算得到了两种燃烧工况下,几种重要的主量成分、非主量成分的浓度值;同时对反应放热和HCO之间的潜在关系进行了分析.通过对两种工况下模拟结果的比较,AdapChem方法合理预报了甲烷预混和非预混燃烧过程的各种物理化学特性,并达到了节约计算时间的目的.     

低功率电弧放电辅助甲烷燃烧的实验研究

利用低功率电弧放电辅助甲烷燃烧,研究了在不同甲烷/空气比例的情况下,等离子体对甲烷燃烧的影响。采用发射光谱仪进行光谱诊断,比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰发射光谱的异同,讨论了等离子体辅助燃烧可能发生的过程和机理。比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰温度的变化。利用气相色谱和烟气分析仪对甲烷燃烧产物中的CH₄、CO 和O₂ 进行分析。实验结果表明,加等离子体后,火焰的温度升高,尾气中的可燃性成分减少,氧气含量降低,在很大程度上提高了甲烷的燃烧效率;甲烷/空气的比例越低,燃烧效率的提高越明显;甲烷的富燃燃烧极限从16%调高到21%。     

甲烷湍流射流火焰锋面结构的激光PLIF测量

利用OH-PLIF技术,研究了甲烷空气预混射流火焰,在不同出口雷诺数下,不同氮气稀释比例下火焰OH自由基的二维分布以及火焰的前锋面结构特性,以此实现对柔和燃烧的基础特性研究。实验结果显示,在获得大量氮气稀释后,预混火焰的OH浓度峰值减少了30%以上,并且整个燃烧反应明显延迟,但火焰面面密度没有发生明显变化。同时发现,改变出口雷诺数对火焰OH浓度影响较小,但是增加出口雷诺数可以扩大燃烧反应区。     

1维非稳腔空间增强探测CARS技术对稳态燃烧场温度的测量

 建立了1维非稳腔空间增强探测CARS实验系统，该系统由光源（YAG激光器、染料激光器）、实验光路和信号采集系统组成。分别测量了空气和化学平衡比为1，甲烷流量为0.7 L/min的甲烷-空气预混火焰中的氮气Q支的CARS实验谱。给出了火焰不同高度处小范围内的温度分布结果，并对实验结果进行了分析，结果表明：预混火焰温度随高度的增加呈下降趋势，测量结果的不确定度优于7%。该技术可用于稳态燃烧场温度的测量。     

径向微通道中甲烷/空气预混燃烧的实验研究

对底部加热、间距为2 mm、半径为25 mm的径向微通道中甲烷/空气的预混燃烧进行了系统的实验研究,通过高速数码摄像机发现了圆形的稳定火焰和非稳定火焰、透平叶片形旋转火焰、移动式火焰以及三分叉旋转火焰等多种火焰形态,在此基础上得到了以预混气进口速度和当量比为坐标的火焰形态谱图,表明火焰形态的形成与预混气进口速度和当量比之间有着密切的关系。对燃烧产物的测试和分析证实了燃烧效率的高低与火焰形态之间有着直接的联系。     

甲烷-空气预混V形火焰的CARS实验研究

本文将相干反斯托克斯(CARS)理论光谱计算和实验光谱分析的方法应用于预混V形火焰燃烧的温度测量实验,利用N2的Q支CARS谱线,使用单脉冲宽带方法获得了预混V形火焰的CARS信号光谱强度特性,测量了V形火焰水平方向和竖直方向上的温度分布特征,从中得出了火焰锋面的厚度,分析了火焰锋面的皱褶与摆动对CARS信号的影响。同时测量了不同燃料系数下V形火焰燃烧产物的温度,得出了温度随燃料系数的变化趋势,为进一步研究预混 V形火焰的结构提供了依据。     

燃油分级多点喷射低污染燃烧室的化学反应网络模型分析

本文采用基于详细化学反应机理的化学反应网络模型分析了航空发动机燃油径向分级多点喷射低污染燃烧室的NO_x排放特性。该分级燃烧室不同于传统燃烧室,头部由值班区和主燃区两个不同的燃烧区域,根据CFD得到的流场特性和当量比的分布特性对燃烧室进行分区构建化学反应器网络模型,研究了值班级当量比以及值班级和主燃级两级供油比例对排放的影响。同时,还分析了空气进口温度对NO_x排放的影响。得到了较为合理的变化趋势,为低污染燃烧室的初步设计提供了有益的指导。     

燃气轮机合成气燃烧室燃料气加湿实验研究

本文针对一种燃用合成气的40MW级燃气轮机燃烧室,进行了该型燃烧室的全压燃料气蒸汽加湿试验研究,得到了燃烧室在基本负荷下随加湿量变化污染物排放、燃烧室内动态压力、火焰筒壁面温度等重要参数的变化规律,分析了燃料气加湿对燃气轮机总体性能、污染物排放、火焰筒壁温及燃烧稳定性方面的影响,探讨了燃料气加湿对合成气燃烧中Nox生成的机理性作用. 研究表明燃料气加湿是降低燃用合成气的燃气轮机氮氧化物排放的有效方式.     

模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃烧降低污染物排放的实验研究

水蒸汽稀释燃烧是燃气轮机燃烧室降低出口污染物NOx排放的关键技术.本文通过模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃烧实验,研究了稀释对燃烧特性的影响.实验中发现,火焰的形态和尺寸、燃烧室内温度分布、出口污染物生成(即NOx、CO)及燃烧效率都受到稀释度的影响.研究结果表明,水蒸汽伴随稀释使得燃烧室温度场、浓度场发生变化,出口污染物NOx排放下降,CO和UHC上升.     

Effects of inlet conditions on dynamics of a thermal pulse combustor

To increase the pulse combustor load, a higher amount of fuel-air mixture has to be supplied. This increases the flow rate or equivalently, the flow time is reduced. However, an increase in flow rate leads to an early extinction. This implies that obtaining pulsating combustion is difficult at higher loads. The objective of the present work is to explore the possibility of extending the regime of pulsating combustion at higher flow rates by preheating and diluting the reactants. In this work, the effects of preheating and dilution are examined by varying the inlet temperature and inlet fuel mass fraction. Varying these parameters, a map, presenting regime of pulsating combustion from steady combustion to extinction for each value of flow time considered, has been made. Lastly, Hopf bifurcation points of the system have been investigated by determining the eigenvalues of Jacobian matrix of the coupled non-linear system at the fixed point using a specialised package for bifurcation analysis, MATCONT. It has been found that at higher load, pulsating combustion can be achieved at higher inlet temperature and lower inlet fuel mass fraction. Comparing the Hopf points with mapping, it is found that existence of Hopf bifurcation agrees with the birth and death of pulsating combustion. The results indicate that altering the mixture condition at the inlet can be used for controlling chaos and stabilising periodic solutions in thermal pulse combustors and thus increase the range of pulsating combustion to higher power regimes.     

混煤氮的热解析出特性及燃料NO_x的形成规律

混煤氮的热解析出特性及燃料ＮＯ_ｘ的形成规律邱建荣，马毓义，曾汉才，吕焕尧，喻秋梅（华中理工大学煤燃烧国家重点实验室武汉４３００７４）关键词：混煤，ＮＯ_ｘ，混合比，燃烧。ＥＭＩＳＳＩＯＮＯＦＮＩＴＲＯＧＥＮＣＯＭＰＯＵＮＤＳＡＮＤＮＯ_ｘＦＯＲＭＡＴ?..     

二次风率对分级进风燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

本文在分级进风燃烧室的热态实验装置上,测量了燃烧室内湍流燃烧的温度场和组分浓度场,研究了分级进风的流量比率即二次风率对燃烧及NOx生成的影响.得到了四组不同二次风率下燃烧室内气体温度和O2、CO2、CO与NO浓度的分布.     

火花点火激发均质压燃燃烧过程的模拟研究

本文对火花点火激发均质压燃SICI燃烧过程进行了建模,利用发动机试验进行了模型验证,模型能较好地描述混合气被点燃压燃的过程。通过三维数值模拟与解析,对比了纯均质压燃HCCI燃烧模式和SICI燃烧模式下的燃烧过程,分析了SICI燃烧的特点。结果表明,SICI燃烧过程中存在多阶段着火,燃烧呈现出顺序放热。SICI燃烧热效率高,NO_x排放低,是一种汽油机有潜力的燃烧方式。     

正庚烷复合均质压燃的燃烧与排放特性研究

本文对参比燃料正庚烷(n-heptane)在一台单缸柴油机上进行了复合均质压燃试验,在缸内直喷正庚烷的同时使用电控燃油喷射系统控制进气道的正庚烷喷射量,以达到控制和改善HCCI着火和燃烧的目的.研究了常温常压下,不同预混合比例和不同负荷的正庚烷复合HCCI燃烧和排放特性.研究发现:在保持NOx排放较低的情况下(100×10-6),这种燃烧方式可以有效的拓宽HCCI的运行范围,大幅降低HC排放(平均降低1/3),同时对降低小负荷时的CO排放也有明显效果.     

Pulsating hydrodynamic instability and thermal coupling in an extended Landau/Levich model of liquid-propellant combustion: I. Inviscid analysis

Hydrodynamic (Landau) instability in combustion is typically associated with the onset of wrinkling of a flame surface, corresponding to the formation of steady cellular structures as the stability threshold is crossed. In the context of liquid-propellant combustion, such instability has recently been shown to occur for critical values of the pressure sensitivity of the burning rate and the disturbance wavenumber, significantly generalizing previous classical results for this problem that assumed a constant normal burning rate. Additionally, however, a pulsating form of hydrodynamic instability has been shown to occur as well, corresponding to the onset of temporal oscillations in the location of the liquid/gas interface. In the present work, we consider the realistic influence of a non-zero temperature sensitivity in the local burning rate on both types of stability thresholds. It is found that for sufficiently small values of this parameter, there exists a stable range of pressure sensitivities for steady, planar burning such that the classical cellular form of hydrodynamic instability and the more recent pulsating form of hydrodynamic instability can each occur as the corresponding stability threshold is crossed. For larger thermal sensitivities, however, the pulsating stability boundary evolves into a C-shaped curve in the (disturbance-wavenumber, pressure-sensitivity) plane, indicating loss of stability to pulsating perturbations for all sufficiently large disturbance wavelengths. It is thus concluded, based on characteristic parameter values, that an equally likely form of hydrodynamic instability in liquid-propellant combustion is of a non-steady, long-wave nature, distinct from the steady, cellular form originally predicted by Landau.     

通风瓦斯处理系统燃烧特性研究

本文设计了一种催化燃烧系统,利用天然气和空气来模拟通风瓦斯进行催化燃烧实验.实验结果证明,该系统能有效实现通风瓦斯浓度低至0.15%的稳定自持燃烧,几乎不生成NOx.循环周期、空速和气体浓度都是影响系统自持性和反应率的重要参数.通过合理的参数设计,能够在实现系统稳定运行的前提下,回收一定的热量.