坡度条件下湍流扩散火焰形态的实验研究

本文以湍流扩散火焰为研究对象,在不同坡度及热释放速率条件下开展了火焰形态参数演化的实验研究。结果表明,当坡度在10°~15°范围内上升,火焰附着长度的增加主要是由于火焰两侧空气卷吸差异引起的压差。火焰附着长度和水平火焰长度之间呈现出较好的线性关系,火焰附着范围可通过火焰长度及火焰倾斜角来表征。当坡度为0°和40°时,无量纲火焰长度和无量纲热释放速率之间满足幂律关系;相对于坡度为0°时,40°时火焰长度随热释放速率的增长速率较为缓慢。     

微小圆管中分裂火焰的实验与理论研究

对丙烷/空气在内径2 mm的圆管内的预混燃烧进行了实验研究,借助于高速数码摄像机发现了分裂火焰现象,其中一个为向上游传播的较亮的常规火焰,另一个为向下游传播的较暗的微弱火焰。这些火焰先后熄灭,经过一段时间后又重复发生自着火、分裂、反向传播、灭火过程。这种现象在富燃、化学恰当比以及贫燃火焰中都有存在。一维非稳态计算表明化...     

着火油罐辐射热传递过程实验研究

通过对直径D=1 m、 1.5 m、2.7 m全掀顶油罐着火特性实验研究,分别得出汽油、柴油的火焰形状,及距油罐1D、1.5D的火焰辐射强度和温度动态分布数据,对直径1 m的相邻油罐,得出在火灾辐射场中其壁面温度分布和罐体内部压力及温度动态变化曲线,研究内容对修订我国相关消防规范和工程设计提供参考,同时为开展数值模拟提供参照标准。     

火焰长度的图像测量方法研究

提出了一种火焰长度的测量方法。该方法利用彩色面阵CCD相机获得火焰图像；根据火焰辐射强度和亮度之间的理论关系，提出了基于图像亮度来提取火焰图像；依据提取的火焰图像，提出了一种确定火焰边界和计算火焰长度的算法。最后用蜡烛在实验室进行了试验验证。利用Matlab提取火焰亮度图像，并进行了滤波处理；利用Visual C＃编程技术，依据所提取的火焰边界和长度计算方法，得到火焰实际长度。该方法代替了传统的手工测量，操作方便、简单。试验表明该方法能达到理想的测量结果。     

对冲火焰流场的二维分布对层流火焰传播速度测量的影响

在φ=0.6～0.75的条件下,利用PⅣ测得对冲火焰的二维速度场,分析使用偏移中心线一定距离提取的轴线速度分布曲线所得到的层流火焰传播速度SOL与沿中心线提取的速度分布曲线得到的SOL之间的误差大小.实验结果表明,在弱火焰时对冲火焰速度场具有明显的二维效应.φ=0.6,偏离中心轴线5 mm时,相对误差达到33%;而φ=...     

声激励下低旋流火焰动态响应特性研究

针对声激励下甲烷/空气预混低旋流火焰动态响应特性开展实验研究.声激励频率为55～295 Hz,相对幅值为0.1～0.3.采用光电倍增管记录火焰自发OH*荧光信号,采用双麦克风法测量入口气流速度脉动,采用高速相机捕获火焰结构动态响应过程.实验结果表明,小幅值激励下火焰时均结构变化不明显,大幅值低频激励下火焰长度明显增加,...     

用OH-PLIF研究浮力对预混V形火焰的作用

在火焰和流动相互作用中,浮力是火焰影响流场的因素致一。研究浮力的作用有助于深入了解湍流燃烧的机理。本文利用甲烷－空气预混Ｖ形火焰研究浮力的作用。分析表明浮力不仅影响火焰的平均位置,还可能影响火焰的皱折。在１ｇｏ和μｇ下用ＯＨ－ＰＬＩＦ观测火焰,发现层流和湍流火焰呈现相反的浮力效应,这表明浮力确实影响火焰的皱折。另外,层流火焰锋面在μｇ下明显折皱,这意味着微重力也适于研究火焰中其他诱发流动的机制。     

稳定器后燃油浓度分布及焰锋位置计算

1前言加力燃烧室的燃油浓度分布，对加力燃烧室的性能，如燃烧效率、燃烧稳定性等有重要影响。在加力燃烧室的设计、研制过程中，需要燃油浓度场的计算做为设计、研制的辅助手段。本文发展了轨道扩散法用于计算燃油浓度分布，并首次利用燃油浓度分布来计算稳定器后火焰前锋的位置。为加力燃烧室的设计分析和性能改进提供依据与手段。2浓度场计算浓度分布计算采用轨道扩散模型。其基本要点为：（1）燃油一出咳喘即被雾化成按一定初始尺寸分布的油珠群；（2）相同尺寸组的油珠沿其最大概率轨道运动，同时又绕该轨道进行扩散和蒸发；（3）认为…     

火焰曲率对H_2扩散火焰NO排放影响的数值研究

使用不同的H_2/O_2化学反应机理和NO_x化学反应机理模拟了平面对冲火焰。通过和实验数据比较确定了最优的化学反应机理。使用该化学反应机理模拟了管形对冲火焰。通过对比平面拉伸火焰和管形拉伸火焰,突出了火焰曲率对H_2扩散火焰温度和NO排放的影响。分析显示正曲率提高火焰温度,负曲率降低火焰温度,由于NO生成对温度的敏感性,正曲率火焰的NO排放明显高于平面火焰,反之,负曲率火焰的NO排放大大低于平面火焰。     

不同管径的Y形微燃烧器内氢气-空气非预混燃烧的火焰传播特性

实验研究了内径分别为1 mm、2 mm和3 mm,水平通道长度为200 mm的Y形微燃烧器内氢气/空气扩散燃烧的火焰传播特性。首先,d=2 mm的燃烧器内的火焰传播模式最为丰富。其次,当燃烧器管径较大时,火焰更容易因扰动而发出噪音。在d=2和3 mm的燃烧器内能观察到两个阶段的噪音,而当d=1 mm时只有一个阶段的噪音。d=2 mm的燃烧器内平均火焰传播速度最小。而且,随着管径的增大,边界火焰更长。值得注意的是,在d=1 mm的燃烧器内,实验观察到了移动的"火焰街"。最后,基于系统的实验观察绘制了八种火焰传播模式的分布图。总之,本文不仅揭示了火焰传播特性与运行参数和尺度效应之间的关系,而且能为Y形微燃烧器的设计和运行提供指导。     

航空煤油火焰传播速度实验与动力学研究

航空煤油火焰传播特性对航空动力装置的研发与设计均具有重要意义。本文在液体燃料对冲火焰实验台上,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)在较宽的当量比范围内,测量了三种煤油表征燃料与空气掺混气的层流火焰传播速度。在标准大气压下,初温378 K时正癸烷、甲基环己烷和初温388 K时甲苯与空气预混气燃烧时能够达到的最大火焰传播速度为64.2 cm/s、58.3 cm/s和52.4 cm/s。在实验数据的基础上,进一步采用Chemkin软件对预混火焰进行了动力学分析,探讨了造成三种燃料火焰传播性质差异的动力学原因。     

湍流对多孔介质内预混火焰影响的初步研究

当气流速度较大时,多孔介质内预混燃烧的模拟需要考虑湍流的影响,本文利用简化的k-ε双方程湍流反应流模型对多孔介质内的预混火焰进行了数值模拟.结果表明,湍流大大加强了气流的组分和能世扩散,计算得到的火焰传播速度、CO及NO的排放量都与实验值符合得比较好,与层流模型相比,湍流模型能够改善计算结果.     

预混火焰拉伸和曲率效率的物理分析

湍流燃烧的基本火焰结构是拉伸的曲面涡管;拉伸流场中的管形火焰模拟了湍流燃烧的细微结构。本文对平面预混火焰、拉伸预混火焰和管形拉伸预混火焰进行了质量、能量和组分的守恒分析。通过对比这几种火焰,揭示了火焰拉伸效果是通过优先扩散改变火焰温度和熄火极限;而火焰曲率通过增强或削弱这种优先扩散效果来影响火焰温度,影响的大小和火焰厚度与火焰半径的比值呈正比。     

O2/CO2条件下煤粉燃烧火焰特性的实验研究

本文利用平面火焰曳带流反应系统,对O2/CO2气氛下的煤粉火焰进行了实验研究.以期通过此实验研究,对后期的实验室规模的实验研究起到指导作用.结果表明:O2/CO2气氛下CO2的存在、氧分压的大小以及煤中的水分含量均对煤粉火焰有较大影响.     

两种亚网格燃烧模型的对比研究

为详细比较动态增厚火焰模型和火焰锋面密度模型的性能,本文分别采用这两种亚网格燃烧模型对工业燃气轮机PRECCINSTA的模型燃烧室内湍流预混火焰进行了大涡模拟研究。计算结果与实验数据吻合良好,且这两种模型预测得到的速度、温度和主要组分的统计数据也非常接近。然而对于CO的分布两者的预测结果差异明显,文中对此进行了简要分析。研究还表明本文的计算结果与实验数据的吻合度与文献中报道的前期结果相比有所提高。     

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。     

铝颗粒粉尘对冲火焰数值模拟研究

铝颗粒由于具有能量密度高、易储存、燃烧过程不产生温室气体等优势,有望成为未来化石燃料替代的解决方案.本文建立了铝颗粒粉尘火焰的燃烧模型,其中考虑了相间传热、相变、表面化学反应、气相详细化学反应及辐射传热等过程,并针对铝颗粒粉尘对冲火焰开展了数值模拟研究.首先,通过仿真McGill大学的铝颗粒粉尘对冲火焰实验进行模型验证,并分析了实验中使用铝颗粒本身作为示踪粒子引起的气相速度测量误差,结果表明,数值模拟得到的离散相速度分布与实验结果基本一致,火焰传播速度的预测值也同实验数据吻合较好.当颗粒粒径小于10μm时,连续介质假设不再成立,相间传热模型必须考虑过度区机制,随着颗粒粒径的增加,火焰传播速度不断降低.随着对冲火焰拉伸率的增加,颗粒在火焰区的停留时间减少,并出现燃烧不完全的现象,粉尘火焰由双峰变为单峰结构.火焰传播速度随着拉伸率的增加而增大,通过线性外推可得到未拉伸的火焰传播速率约为29 cm/s.辐射引起的热损失会导致气相温度大幅降低,但辐射传热对颗粒的加热作用相对较小.     

甲烷-煤尘爆炸物火焰传播特性

 在10 m³的爆炸罐中对体积分数为8%的甲烷和75 g/m³煤尘的混合物进行了系统的燃烧爆炸实验。分别利用光测方法和压力方法得到了爆炸物的层流燃烧速度、火焰传播速度、火焰厚度、马克斯坦长度以及爆炸特征值的变化规律。结果表明,在常温常压下,当点火能为40 J时：利用光测法得到的8%甲烷与75 g/m³煤尘混合物的燃烧速度为0.437 m/s,而根据压力-时间关系得到的混合物燃烧速度为0.459 m/s,两者符合较好;用火焰厚度与马克斯坦长度判定的火焰发展趋势相同,即向外传播的火焰趋于稳定;爆炸物的爆炸特征值最大值出现在0.5 m处,壁面的爆炸特征值偏小。     

预混燃气射流火焰噪声与火焰稳定性

本文通过视频信号与声频信号实验分析了燃气射流火焰的声发射特征。燃气火焰的声发射在出现上有其突发性,与火焰的不稳定工况有关。当气流速度使火焰面达到临界脱火状态时,声发射达到最大。初步分析表明,当气流速度达到可以使未燃混合气突入火焰面内使火焰发生微小爆炸,引致声发射在宏观上突然增加。本文分析对于通过声波监测火焰;预警脱火有一定作用。     

滞止旋流火焰合成纳米TiO_2颗粒的实验研究

湍流效应是火焰合成纳米TiO2颗粒工业化规模放大的一个重要影响因素.本文基于一种新提出的滞止旋流火焰开展了合成TiO2纳米颗粒的实验研究.在旋流数0.26的条件下,可成功获得比表面积300㎡/g以上,粒径最小达5nm的锐钛矿型TiO2颗粒,这可归因于本文滞止旋流火焰具有贫燃稳定性、速度高反应快、温度梯度大等特点.实验还...