扩散燃烧流场的PIV测试方法探讨

由于能提供高时空分辨率的瞬时流场信息,二维粒子成像速度仪(PIV)已广泛应用于燃烧流场的测量.本文利用PIV对甲烷同轴射流扩散燃烧的流场进行了测量,针对测量中出现的示踪粒子导入、火焰发光干涉、光强不均、数据处理等问题进行了分析和实验,获得了有效的解决办法和满意的测量结果.     

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.     

湍流混合层流场的PIV测量

本文使用PIV对在坚直通道内放置一个特殊设计的隔板所形成的湍流混合层流动进行测量,高低侧速比为4:1,基于两股流体速度差和管道水力半径的Re数范围4400～158400.发现混合层中大涡拟序结构的尺度随雷诺数的增加而增大,而后又随雷诺数的继续增大而减小,气泡的加入会延缓或阻碍大涡拟序结构的发展.对雷诺应力、湍流强度、涡量、旋涡强度在混合层流场内随雷诺数的变化和分布规律进行分析,发现混合层内雷诺应力、湍流强度、涡量及旋涡强度均集中分布在隔板下游一个较窄的锥形区域内,雷诺应力和湍流强度随雷诺数的增大先增人后减小,随离开隔板距离的增大而减小.涡量及旋涡强度随雷诺数的增大而增加,随离开隔板距离的增大而减小.     

湿空气扩散燃烧火焰结构特性研究

利用二维粒子成像速度仪(PIV)对钝体燃烧器中的甲烷／湿空气扩散燃烧的速度场进行测量,考察其火焰的结构特性及其内部流动状况。通过对湿空气燃烧流场与普通燃烧流场的对比分析表明,湿空气燃烧情况下,两种燃烧状态的火焰(回流燃烧火焰和中心射流主导火焰)相互转换的燃空速度比(γ)值要比普通燃烧的小;湿空气燃烧使得喷嘴后的同流空气的速度降低,空气的回流作用减弱,燃料更容易冲出回流区,火焰的稳定性能变差。     

湍流扩散燃烧的数值研究-PDF方法和火焰面模型的性能比较

采用标量概率密度函数(PDF)方法、稳态和非稳态火焰面模型三种方法对一个值班湍流CH_4/O_2/N_2射流扩散火焰(Sandia Flame D)进行数值计算,以比较不同燃烧模型的性能。PDF方法通过计算反应标量的PDF输运方程来得到标量分布,而火焰面模型只求解单标量混合物分数的PDF方程,组分和温度分布通过火焰面方程的求解或者火焰面数据库的插值得到。计算结果和实验数据对比表明PDF方法计算结果最好但计算量相当大,稳态火焰面模型则反之。综合而言,非稳态火焰面模型的预测结果相对稳态模型有了非常大的改进,而计算量仍然容易接受,非常适合工程应用。     

钝体驻定湍流扩散火焰的数值研究——燃烧模型比较

分别采用标量联合的概率密度函数方法、稳态火焰面模型、Euler非稳态火焰面模型和基于有限体积/Monte Carlo混合算法的完备PDF模型对钝体驻定的Sydney湍流扩散火焰HM1进行数值模拟,以比较不同燃烧模型的性能,并比较标量联合的概率密度函数方法和Euler非稳态火焰面模型对氮氧化物排放预测的差异.计算结果和实验数据的比较表明,采用概率密度函数方法计算化学反应可以得到更好的结果但计算量较大,而用火焰面模型求解计算量较小,在接近完全燃烧的情形下,其计算结果比较合理.     

湍流旋流燃烧瞬时速度PDF的实验测量

本文应用三维激光粒子动态分析仪(PDA)对分级进风旋流燃烧室内的湍流燃烧过程进行了实验测量。通过瞬时速度场的测量结果,获得了燃烧室内各测点上气体轴向与切向瞬时速度的概率密度函数(PDF),揭示了热态速度场的湍流脉动特性。     

CO／H2变化对合成气旋流燃烧火焰流动结构的影响

利用粒子图像速度场测量技术（PIV）对不同CO／H2下的合成气旋流燃烧流场进行了实验研究。由所测合成气旋流燃烧火焰的速度场可知：合成气旋流燃烧火焰中,轴向平均速度最大值出现在喷嘴中心轴线处,轴线两侧还会有个小的峰值;随着与喷嘴表面距离的增大,最大轴向平均速度不断减小,轴侧峰值与轴线距离不断增大。对比不同CO／H2下火焰...     

湍流射流与扩散火焰大涡拟序结构的波动特性研究

１前言湍流射流扩散燃烧方式提供了射流火焰与涡团相互作用的最基本形式,对研究在湍流射流剪切边界层内的反应物的卷吸混合、热量及动量的输运及湍流射流结构方面具有其特殊的意义。Ｋａｔｔａ［１］利用浮力与单步反应机理模型对Ｎ２－Ｈ２射流扩散火焰进行了直接数值模...     

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。     

径向浓淡旋流煤粉燃烧器气流湍流特性的冷态试验研究

本文利用ＩＦＡ３００型一维热膜风速仪系统对径向浓淡旋流煤粉燃烧器单相冷态湍流流场进行了试验研究,测量了流场内不同位置瞬时速度的数值,同时测量了脉动速度均方根、湍流度、平坦因子和偏斜因子在流场内的分布,得到了新型旋流燃烧器气流湍流特性参数的分布规律,可以用于研究径向浓淡旋流煤粉燃烧器的燃烧特性。     

浓淡燃烧器弯曲圆管内气固两相流动的试验研究

本文运用三维粒了动态分析仪（３Ｄ－ＰＤＡ）对竖直转水平弯管内气固两相流动特性进行了测量，得到了管内气相的速度分布以及颗粒的浓度分布；为进一步改善湾管的浓缩特性，在弯管入口处安装了一三角形滑块，对其管内的颗粒浓度分布也进行了侧量，并记录了弯管两侧的阻力特性。实验结果为人型电站锅炉燃烧器的设计和运行提供了依据。     

网格湍流对剪切层中预混火焰结构的影响

本文研究网格湍流对射流剪切层以及建立在其中的预混火焰的影响。利用热线风速仪测量射流的速度场,发现网格湍流使剪切层内湍流强度明显降低,抑制了低频速度脉动,同时增加了湍动能在小尺度脉动上的分配,使湍流更趋于各向同性,这表明网格湍流抑制了剪切层内的大涡和拟序结构。用细丝热电偶测量了火焰温度,结果显示网格湍流使火焰前峰的低频大幅摆动减少,小尺度皱褶增加,火焰区平均温度更高,说明网格湍流有利于剪切层中预混火焰的强化和稳定。     

重力对扩散射流火焰动态特性的影响

本文探讨重力对扩散射流火焰动态特性的影响规律。结果表明,火焰闪烁现象是一种浮力诱导不稳定性,在浮力消失或反向重力场中,不存在这种不稳定性现象,闪烁频率与燃料射流速度无直接关系,但涡的大小随燃料射流速度的增大而增大。存在触发火焰闪烁的临界高度,闪烁频率与重力成平方根关系式。反向重力情况下,也存在浮力稳定型平面火焰,它反映了浮力与火焰的耦合作用。     

微小型粘性泵的内部流场PIV试验研究

根据偏置于两平板间转子两端剪切力不平衡的原理,本文设计加工了偏置式垂直转子微小型粘性泵,并利用PIV技术对其内部的流动进行了可视化量测.通过对试验数据进行进一步的分析,得到了其内部流场的流线分布及相关性能曲线.     

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。     

测量层流扩散火焰温度与烟黑浓度分布的实验研究

本文提出了一种通过线性规划中的内点法(仿射变换法)来计算烟黑浓度和温度分布的模型.根据烟黑辐射特性,利用火焰单色辐射强度图像信息采用此模型同时重建轴对称含烟黑火焰的温度与烟黑浓度分布,对层流乙烯扩散火焰的温度与烟黑浓度进行测量,得到了较好的结果.     

单头部双级旋流器燃烧室流场PIV测量

利用粒子图像测速(PIV)测量技术对单头部双级旋流器燃烧室紊流流场进行了测量,试验研究主燃孔射流与旋流器旋转射流之间相互作用,结果表明:不同旋流器几何参数(如:叶片安装角)和主燃孔布置对轴向和径向气流速度分布及回流区结构的影响都较大,为了得到一个满意的气动特性和中心回流区,选择合理的主燃孔布局比旋流数更为重要.     

堵塞和煤粉浓缩器对旋流两相流动影响的研究

旋流煤粉燃烧器加进口堵塞和煤粉浓缩器可以影响湍流,燃烧温度以及煤粉浓度的分布,从而影响NO的生成与排放。本文用三维相位多普勒颗粒测速仪(PDPA)测量和双流体模型数值模拟研究了堵塞和煤粉浓缩器对旋流煤粉燃烧器内两相流动的影响。实验结果和数值模拟结果基本符合。实验和模拟结果都表明,无论是进口堵塞还是煤粉浓缩器都会增加旋流燃烧器的进口湍流度,同时增加进口轴线附近的颗粒浓度,后者将有利于降低NO排放。