超细水雾作用下CH4层流火焰传播速度数值研究

层流火焰传播速度(LFPS)是研究分析燃烧与爆炸的关键特征参数,层流火焰速度下降率也是评价各种稀释剂对燃烧抑制效果的常用方法。基于CHEMKIN 17.0中的一维层流预混火焰速度计算模型,定量分析了稀释、潜热冷却、化学抑制对CH4-AIR层流火焰传播速度的影响规律;并考虑了化学当量比变化的影响。研究表明稀释和潜热冷都是降低CH4层流火焰传播速度的主要因素。随着稀释剂浓度的增加,稀释作用对火焰传播速度的影响增大,潜热冷却作用对火焰传播速度的影响减小,化学抑制作用的影响基本不变化,范围在8.8%~10.2%。化学当量比小于1.2时,化学抑制作用会降低火焰传播速度,降低比例在8.1%~9.7%之间;当化学当量比大于1.3时,化学抑制不起作用,甚至促使火焰传播速度的增大。     

圆管法测量液体燃料层流火焰传播速度的方法

本文对测量液体燃料层流火焰传播速度的圆管法测试装置的建立、实验方法进行了比较详尽的论述。通过对二种不同液体燃料甲醇和异辛烷测试分析表明,数据与资料相比完全一致。此实验方法用于测量任何液体燃料(汽化点低于300℃)数据十分可靠。     

汽油掺水—空气层流火焰传播速度实验研究

实验采用圆管法在1个大气压和483K 条件下,对汽油掺水和空气混气的层流火焰传播速度进行了测量。为了确保测量的可靠性,首先测定了在不同温度下异辛烷及汽油和空气混气的层流火焰传播速度,并将结果和已有的本生灯法和密闭组法的结构作了比较,证明本实验所采用的圆管法和相应的处理方法是正确可靠的.     

甲烷,丙烷和甲烷／丙烷混合燃料层流火焰传播速度的测定

实验对甲烷、丙烷和60％甲烷/40％丙烷(气体体积百分数)的火焰传播速度进行了测量。实验在室温和大气压下采用圆管法进行。结果表明,60％甲烷/40％丙烷的层流火焰传播速度在相当宽的当量比范围内,夹于甲烷和丙烷的层流火焰传播速度之间。对这个现象,文章用对火焰传播速度起决定作用的阿仑尼乌兹因子作了粗略的分析。实验还发现,在富燃料区,混合燃料的火焰传播速度将大于甲烷或丙烷的火焰传播速度。     

预混可燃气火焰传播速度的研究

采用传动的热力理论,在火焰上建立热能平衡式,该平衡式不仅考虑了新鲜混合气的热焓变化以及反应过来的热量,更进一步了考虑燃烧反应本身的放热率,采用奇异摄动法得到预混丁烷气的流火焰传播速度表达式,并与采用本生灯试验测试系统测得的预混气平均火焰传播速度进行了比较,得到了较为满意的结果。     

相连容器中粉尘爆炸的火焰传播

采用实验和数值模拟相结合的方法对相连容器中玉米淀粉粉尘爆炸的火焰传播行为进行了研究.实验装置为通过长管相连接的两个容器,爆炸在一个容器中引发后通过管道传播到另一个容器中.采用欧拉-拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,气相湍流模型采用k-ε模型,粒子燃烧模型考虑了水分蒸发、挥发分分解、气相反应和粒子的表面反应,气相湍流燃烧模型采用涡旋破碎-阿累尼乌斯模型,数值求解采用算子分裂方法和FCT格式.仿真结果揭示了火焰在长管中的加速行为,计算结果与实验结果符合得较好,表明所采用的模型可以很好地应用于粉尘爆炸火焰传播的研究.     

垂直管道中锆粉云火焰传播速度特性及锆颗粒群燃烧模型

在粉尘云瞬态火焰实验系统上开展实验研究,揭示了垂直管道中锆金属云的火焰传播速度特性并建立了垂直管道中向上运动的锆颗粒群燃烧模型. 研究结果表明,锆颗粒的燃烧产物二氧化锆颗粒具有单斜和四方两种晶相. 管道中的锆粉云浓度高低可根据火焰锋面形状进行初始判断. 垂直管道中锆粉云的最大火焰传播速度随锆粉云浓度的增加先增大后减小,这是由于管道中富燃料燃烧缺氧和未燃颗粒吸收体系热能而造成. 锆粉云浓度为0.625 kg/m3时,管道中出现最快火焰的传播速度可达39.7 m/s. 在锆颗粒群燃烧模型中将颗粒燃烧过程分为4个阶段. 从宏观现象和微观机理上对锆粉云在垂直管道中的火焰传播过程进行了表征.      

气体火焰加速掠射粉尘床激起的气体-粉尘复合火焰

在自行设计的全程透明火焰加速管实验系统中,发现气体火焰加速掠过附于壁面的粉尘床时产生特有的非定常火焰结构.在纯气体火焰由弱点火燃烧加速传入壁面附有粉尘层的区域后,单波阵面的气体火焰诱导出瞬态三波阵面火焰,随后转变为气体和粉尘双波阵面火焰,最终形成气体-粉尘混合火焰.短暂存在的瞬态三波阵面火焰由正向传播的气体火焰和粉尘火焰以及反向传播粉尘火焰构成.出现反向传播的粉尘火焰是由于附壁粉尘需要一定的上扬与点火延滞时间.由于反向火焰的出现,在速度沿管长变化图上,速度曲线具有独特的"鸟\\"形构象.     

水蒸气对合成气层流火焰传播特性的影响

选用Davis-机理模拟研究初始温度400 K时,含有水蒸气的合成气/空气预混层流火焰传播特性.结合敏感性分析,从热力学效应、直接化学反应效应及化学三体反应效应方面详细分析水蒸气稀释作用.研究结果表明:当燃料中氢气的体积分数大于25%时,层流火焰传播速度、绝热火焰温度及重要自由基摩尔分数均随稀释剂比例的增加显著降低;在水蒸气整体稀释作用中,热力学效应起支配作用;随氢气体积分数的增加,当混合物当量比较小时,直接化学反应效应影响从促进作用发展为抑制作用;当稀释剂较少时,化学三体反应效应影响存在显著的抑制—促进—抑制作用的变化过程.     

变径管道中粉尘爆炸传播实验与模拟

为探究粉尘爆炸在变径管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了DN200长直管道和DN200~DN100的变径管道,以玉米淀粉为实验介质,通过实验和FLACS数值模拟相结合的方法,研究了粉尘爆炸在管道中火焰传播速度、超压峰值、火焰传播距离的变化规律.结果表明:火焰传播速度在管道内呈上升趋势,在变径点之后增幅明显变大,缩小管径对火焰传播起加速作用;但超压峰值在管道内呈下降趋势,其在变径后衰减幅度显著升高,缩小管径使超压衰减速率增加;通过数据拟合建立了变径管道引起爆炸腔内超压变化的数学模型;火焰传播距离随浓度增加而变长,相同浓度下渐缩变径管导致火焰传播距离变长.研究结果为除尘系统安全距离确定及阻火隔爆措施的设计提供了参考依据.     

稀释气体对甲烷层流预混火焰燃烧速度的影响

基于GRI-Mech 3.0详细化学反应机理,利用预混燃烧模型(PREMIX Code)研究了甲烷-空气-稀释气层流预混火焰燃烧特性及火焰结构.重点探讨了不同化学当量比(0.5～1.5)、初始压力(0.05～0.40 MPa)、稀释气体种类(N2,CO2及H2O)和稀释摩尔比(0～0.35)对甲烷-空气-稀释气混合气层...     

硅钙粉尘云爆炸的下限浓度

在改进的哈特曼爆炸装置中测定了硅钙粉尘云爆炸的下限浓度;研制了测定粉尘浓度的光电探头;对田中达夫计算粉尘云爆炸下限浓度的理论公式进行了部分修正;用修正后的公式计算所得的硅钙粉爆炸下限浓度的理论值与实验测定值吻合较好。     

20L球形装置上粉尘湍流速度的测量

20L球形装置是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一·粉尘湍流速度对粉尘爆炸猛烈程度和粉尘爆炸特性参数的测试有很大影响·对20L球形装置中的粉尘粒子速度采用激光多普勒测速仪进行了测量研究,并对测量数据进行了分析讨论,通过计算得到了20L球形装置中不同位置粉尘的RMS湍流速度随时间的变化曲线·RMS湍流速度的获得,为最小点火能在不同装置上的测试比较提供了数据,为粉尘爆炸数学模型的检验提供了依据,它还有助于将20L球形装置上测量的数据更好地应用于工业实际·     

Numerical Simulation Model of Laminar Hydrogen/Air Diffusion Flame

IntroductionDiffusion flames have been widely applied inindustrial processing systems,such as large- scaleglass- melting furnaces and hazardous wasteincinerations[1] .A numerical model is veryimportant for understanding the complexinteractions between the flow and the chemicalreactions. The laminar hydrogen/air diffusionflame is chosen.Hydrogen/air flame is easier toset up under the laboratory conditions,hence thenumerical model can be verified easily by oneexperiment.Furthermore,hydrogen/air…     

双侧分支结构管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在工业除尘管网中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统和自主设计的双侧分支结构管道,对双侧分支结构管道内玉米淀粉爆炸火焰传播速度和超压峰值的变化规律展开研究.实验结果表明:三种粉尘质量浓度下,火焰在主管道内的传播速度随传播距离增加均呈持续上升趋势,双侧分支结构对火焰传播具有弱化作用,且距离点火端越近,弱化作用越显著;双侧分支结构的安装位置会影响管道内超压峰值,其在距离点火端较近时呈持续衰减趋势,距离点火端较远时呈先快速下降后上升再缓慢衰减趋势.以上研究为除尘系统的防爆设计提供参考和依据.     

人工糙管中流动状态转变

以压降法、压力脉动法、速度脉动法测定了横肋管中的临界雷诺数Re_C。当峰高k/d为0.01～0.06,间距s/k为7～40时,其值为850～2100。在流动稳定性理论的基础上探讨了峰高、间距及初始扰动等因素对Re_C的影响。     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

层流炉流动特征的冷态模拟

为研究闪速加热条件下生物质的热解挥发特性，设计了等离子体加热高温层流炉作为实验设备．由于该设备内部的流动特性对于实验结果影响巨大，必需获得精细的结果．因此特别设计了一套l：l比例的透明有机玻璃冷态模拟装置，用于观察层流炉的流动状态，为热态实验参数设计提供实践指导．