蜡烛火焰三维温度场重建实验研究

本文在实验室中以蜡烛火焰为研究对象,研究采用辐射图像处理技术重建蜡烛三维温度场。并采用细丝热电偶实测火焰局部温度,对蜡烛火焰三维温度场可视化的结果进行了比较。结果表明,火焰高温区的重建温度是合理的,此方法能够很好地重建单峰、双峰三维温度分布。进一步证实了基于火焰图像处理技术实现三维温度场可视化的可行性。     

火焰辐射及偶丝导热对热电偶测温影响的数值分析

本文利用层流同向扩散乙烯火焰的数值模拟结果,根据所得的火焰温度场、气体速度场、火焰辐射场,分析火焰辐射、热电偶偶丝导热对热电偶测温的影响.结果表明在火焰的低温区火焰辐射要大于节点向外辐射,节点得到的能量要高于节点损失的能量,因此在火焰的低温区节点温度要高于当地的气体温度;同时直径为100μm的热电偶存在较大的导热,对节点温度测量有较大的影响.     

DLN燃烧室的低频燃烧振荡现象研究

本文实验观测到一种微型燃气轮机的DLN燃烧室工作在预混模式时存在低频燃烧振荡现象,其振荡频率为1～2 Hz。采用数值模拟方法探讨了该低频振荡的形成原因。燃烧室流场的数值模拟结果再现了该低频振荡现象,结果表明,产生该低频振荡的原因为进入燃烧室之前的腔体内存在周期性回流,诱发了该低频振荡。通过修改结构,可有效消除该低频振荡,这进一步印证了该低频振荡产生的原因。本文实验观测到的低频燃烧振荡现象在以往文献中未见报道,本文工作对于理解燃烧振荡的成因及DLN燃烧室的设计有重要意义。     

高压下CO2稀释的CO/H2/Air火焰贫可燃极限处的辐射重吸收效应的数值研究

本文分别采用考虑辐射重吸收的谱带辐射（SNBCK）模型及未考虑辐射重吸收的光学薄辐射（OPT）模型,对0.1～4 MPa,CO₂稀释比为0%和20%的一维预混层流合成气/空气火焰进行数值分析,研究辐射重吸收效应对可燃极限及极限处的火焰传播速度和温度的影响。结果表明,辐射重吸收效应能有效拓宽贫可燃极限,提高燃料中CO₂比例或提高CO/H₂比例都会加剧上述效果。辐射重吸收效应随压力增大而逐渐增强,并造成可燃极限处最大火焰温度随压力先增加后减小,在1 MPa左右达到峰值。     

发射CT法测量层流乙烯扩散火焰中温度与烟黑浓度分布的实验研究

对于非均匀吸收、发射、无散射的轴对称含烟黑火焰对象,常规双色法不再适用。本文基于烟黑辐射特性,利用烟黑单色辐射强度图像信息采用CT算法同时重建含烟黑火焰温度与烟黑浓度分布,对层流乙烯扩散火焰的温度与烟黑容积份额进行测量,得到了较好的结果。     

重力对层流扩散火焰烟黑生成特性影响

本文采用数值模拟方法研究了重力对甲烷/空气同轴射流层流扩散火焰烟黑生成特性的影响,数值分析中将详细的气相化学反应机理、复杂的热物性和输运特性关系、半经验的双方程烟黑生成模型和非灰体辐射模型耦合到燃烧场的计算中。同时考虑烟黑经O_2、OH和O的氧化途径。热辐射计算采用与统计窄波段调K(SNBCK)模型相耦合的离散坐标法求解。烟黑的谱带吸收系数根据小颗粒的Rayleigh理论计算。结果表明,随着重力水平的降低,火焰峰值温度降低,微重力下烟黑浓度的最大值约为正常重力下相应火焰的两倍。这一计算结果与已有的试验数据符合较好。计算结果还表明,重力也影响烟黑成核和表面生长的位置和强度。     

乙烯火焰的径向剪切干涉测温模拟研究

火焰对象的干涉测温受限于条纹相差的提取以及组分浓度场的处理.传统上分别使用无限宽条纹等相线拟合以及空气组分假设,这会给扩散火焰的径向剪切干涉测温带来明显的误差.本文基于层流乙烯扩散火焰的燃烧数值模拟结果展开径向剪切干涉的光学过程模拟,得出了预设载频、噪声的高分辨率模拟条纹.随后使用载频傅立叶变换算法提取出模拟条纹的相差分布并定量给出了该过程顺利进行所需的参数限制,通过径向迭加还原以及投影反转所得相对相差的反演误差在全场普遍小于1%.最后基于模拟浓度场得到温度场反演值,结果表明使用空气组分假设所得温度反演值较之准确值在火焰轴线中、上部需要作5%以上的修正,该修正量从火焰下部到根部由7%迅速增大使得修正失去意义.     

轴对称含烟黑火焰非均匀温度与烟黑浓度分布同时重建模拟研究

对于非均匀吸收、发射、无散射的轴对称含烟黑火焰对象,常规双色法不再适用。本文基于烟黑辐射特性,提出并模拟研究了同时重建火焰温度与烟黑容积份额的新的辐射测量方法。从重建结果看,重建误差主要集中在火焰中心区域,这是观测路径上测量误差累积的结果。温度重建主要受火焰断面参数分布类型影响,而烟黑容积份额重建主要受测量误差的影响,这由它们与单色辐射强度的内在关系所决定。     

弱浮力下导线绝缘层着火先期特性的研究

本文在低压弱浮力环境中模拟了微重力过载电流时导线绝缘层的着火先期过程,研究了压力对绝缘层着火先期特性的影响。结果表明,2 A时,绝缘层的温升率和最终平衡温度随压力降低而不断增大,模拟出了微重力下绝缘层的温升特性;10 A时,随着压力降低,绝缘层存在三种破坏机制;在不同区域压力对着火延迟时间的影响不同。最后,提高环境氧气浓度修正了低压对化学反应速率的抑制。结果表明,当压力在一定范围内降低时,随着氧气浓度的提高,绝缘层的着火极限范围拓宽,着火延迟时间缩短,可以初步模拟微重力下绝缘层的着火先期过程。     

氮气稀释下丙烷层流扩散火焰的抬升特性研究

本文实验研究了氮气稀释条件下,丙烷层流扩散火焰的抬升特性。主要研究了混合物组分及射流出口速度对丙烷抬升火焰抬升高度的影响,得到了氮气稀释下丙烷抬升火焰的再附着滞后现象,并采用计算方法得出了理论火焰抬升高度,与实验数据进行了对比分析,二者符合很好。