旋流非预混燃烧火焰流动特性的实验研究

利用粒子图像速度场测量技术(PIV)对不同工况下的旋流非预混燃烧流场进行了测量,考察不同燃空速度比下旋流火焰的流动特性.结果表明,轴向截面上径向平均速度流场以燃烧器轴线呈中心对称,轴向平均速度、轴向脉动速度和径向脉动速度沿燃烧器轴线成对称分布,且轴向平均速度和轴向脉动速度的最大值出现在轴线处.随燃空速度比的增大,轴向平均速度和脉动速度增大,随着与燃烧器表面的距离增加,流场截面上轴向平均速度和脉动速度差异不断减小.     

甲烷旋流预混火焰动力学特性的实验研究

本文将气流扬声器作为激励源,研究旋流预混火焰在入口速度扰动下的火焰动力学响应特性,并通过测量不同扰动频率下的火焰放热率变化规律得到火焰传递函数。实验结果表明,随扰动频率的变化火焰结构会发生显著变化,火焰传递函数幅值随扰动频率的变化呈现单峰特性。当量比较小时,火焰传递函数的幅值可能大于1,火焰对速度扰动较敏感。利用n-τ模型对实验测量的火焰传递函数进行拟合,结果显示随当量比的增加,特征频率增加,且在特征频率两侧延迟时间不同。     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明,热量的传递主要是通过热气流对流进行,上游高温气流快速沿轴向流动,径向热量传递较弱;而下游轴向速度降低,热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定,而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响,增大射流速度后,火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加,且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响,随着H₂含量增加,燃料向下游传播距离缩短,CO、NO、CO₂浓度降低,H₂O浓度增加。     

多孔介质中甲烷预混气火焰传播特性实验研究

本文对甲烷预混气在多孔介质中的火焰传播特性进行了实验研究,在开口竖直管中充填多孔介质,通过改变预混气氧含量使火焰在不同多孔介质中传播并测量火焰传播速度。预混气中氧含量最高达到29％。实验结果表明:多孔介质中甲烷可燃预混气火焰传播速度大于其层流火焰传播速度,可达到5倍以上(当量比的甲烷-空气预混气);多孔介质当量孔直径越大,或预混气层流火焰速度越高,则预混气火焰传播速度越高;多孔介质中可燃混气的火焰传播界限变小,当量孔直径大的多孔介质其界限值较大。实验结果与Babkin提出的多孔介质中的火焰传播机理相符。     

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．     

声场作用下甲烷部分预混火焰NOx生成特性实验研究

在Rijke管产生的强迫脉动驻波声场下,以甲烷层流部分预混火焰为研究对象,比较了脉动燃烧与稳态燃烧下NOx随当量比的变化规律,结合微细热电偶、火焰探针,讨论了火焰内部温度场和组分浓度变化,分析了脉动燃烧下NOx降低机理。结果表明脉动燃烧下甲烷部分预混火焰的NOx降低,其主要机理为：脉动燃烧下火焰的峰值温度低,温度分布均...     

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。     

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。     

稀甲烷/氢气预混湍流传播火焰实验研究

本文采用定容湍流燃烧弹获取了稀甲烷/氢气/空气在强湍流条件下的火焰发展历程,研究了湍流火焰在负马克斯坦数条件下的传播特性.结果表明,湍流火焰呈现自相似传播特性,即使在强湍流条件下,湍流传播火焰仍然会受到不稳定性的影响.并且随着马克斯坦数的减小,不稳定性对湍流传播火焰的影响增强。同时,本文获得一种新的湍流燃烧速度拟合公式,包含了负马克斯坦数条件下不稳定性对湍流燃烧速度的影响。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于高光谱技术的甲烷层流预混火焰自由基特性研究

高光谱技术提供了空间和光谱维度的信息,同时基于传统黑体模型的实验技术和计算方法不适用于甲烷火焰的辐射特性,而火焰中自由基的高光谱信息反映了火焰结构、组分浓度分布等燃烧的多方面特征,能够为燃烧模型的完善提供依据。利用高光谱技术在不同当量比和不同流量下研究了甲烷预混火焰中自由基的空间和光谱特性。对不同当量比的研究表明,随着当量比的增加,火焰中心处的CH^*和C^*₂自由基的辐射强度先增加后降低,而燃烧区域内二者的平均辐射强度一直增加,火焰中心处的点可以表征局部的燃烧状态,而燃烧区域内辐射均值表征热释率等整体燃烧状态,定量给出了两种方法的不同趋势。火焰中心处的CH^*自由基辐射强度在当量比为1.01时达到峰值,而C^*₂自由基辐射强度在当量比为1.12时达到峰值,两种自由基的辐射峰值可以分别作为燃烧中反应强度和稳定性的判据。当量比可以由C^*₂和CH^*辐射强度之比来表征,修正了C^*     

氨气预混旋流燃烧火焰稳定性及燃烧极限研究

采用叶轮型旋流燃烧器,研究了旋流数、叶片数以及流量等因素对氨气预混旋流燃烧火焰稳定性和燃烧极限的影响.实验结果表明,在一定当量比下,氨气预混旋流燃烧火焰会失稳发生回火或振荡抬举;随着旋流数的增大或叶片数的增加,火焰更易失稳发生回火;石英玻璃高度越高,内部流场结构越完整,火焰高度越高。氨气预混旋流火焰贫燃极限在φ=0.64～0.76之间,富燃极限在φ=1.47～1.74之间。随着总流量的增大,贫燃极限逐渐增大,富燃极限波动较大,总体燃烧极限范围变大;随着旋流数的增大、叶片数的增加或石英玻璃高度的升高,燃烧极限范围变窄。     

预混气体燃烧火焰闪烁现象分析

在低速射流的预混火焰和扩散火焰中都存在火焰闪烁现象。对扩散火焰,其机理已比较明确,是由于浮力诱导引起的一种水力学不稳定性。而对预混火焰闪烁现象则存在水力学不稳定性和热驱动不稳定性两种观点。本文根据水力学不不稳定性观点,把预混火焰的闪烁现象看成是包围火焰锋面的已燃混气层中内、外区间在垂直方向上的相对脉动,应用Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ不稳定性机理进行了分析,获得了火焰闪烁频率与重力和压力的关系式,并与已有的结果作了对比。     

甲烷-空气湍流预混V形火焰特性的数值模拟

应用RNG K-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧速率模型,模拟了湍流预混V形火焰的起燃过程。数值模拟首先得出了圆柱形稳定杆后的卡门涡街,并进一步给出了火焰锋面在传播中的特征。在火焰点燃的初期,火焰的形状受到稳定杆尾流的卡门涡街的很大影响。随着火焰向前传播,涡街渐渐消失。火焰锋面的传播过程与差分干涉方法得到的实验测量值吻合较好。     

基于甲烷燃烧的热电转换特性实验研究

本文介绍了基于温差热电转换原理的小型燃烧温差热电转换系统,并通过实验研究了小型甲烷燃烧器的性能特点,并对影响温差发电系统发电性能的因素进行了研究分析.实验表明:小型燃烧器工作稳定可靠,可燃流量范围和着火当量比范围较宽;负载电阻、当量比、输入能量(燃料流量)以及外界换热条件都会对系统的功率输出和效率产生明显的影响.实验中获得了最高569 mW的功率输出和0.55%的系统发电效率.