富燃料丙烷/空气预混火焰特性的微重力实验研究

地面常重力(1g)条件下,丙烷/空气预混火焰向上传播的富燃极限为9.2%C_3H_8,而向下传播时的富燃极限仅为6.3%C_3H_8,二者之间存在明显差距。利用微重力条件下的实验,对燃料浓度从6.5%到8.6%(微重力实验中测定的可燃极限)范围内的丙烷/空气预混火焰特性进行了研究。实验发现,重力对近极限丙烷/空气火焰的传播有显著影响,影响程度随着当量比的增加而增大。微重力下丙烷/空气的富燃极限为8.6%C_3H_8(φ=2.24),明显高于1g条件下向下传播火焰的可燃极限,略低于向上传播火焰的可燃极限。随着当量比的增大,根据压力变化曲线计算的火焰层流燃烧速度从8.5cm/s逐渐减小到2.7 cm/s,可燃极限处的层流燃烧速度与前人实验数据一致。     

近贫燃极限甲烷/空气火焰的层流燃烧速度研究

利用微重力条件下向外传播的球形火焰,对贫燃极限附近甲烷/空气预混火焰的层流燃烧速度进行了测量,得到当量比从0.512(本文微重力实验中测定的可燃极限)到0.601范围内的零拉伸层流燃烧速度,并与前人实验数据和使用3种化学反应动力学模型的计算结果进行了比较.本文实验结果与已有的微重力实验数据非常接近,而其他研究者在常重力...     

微重力环境下蜡烛火焰的实验观察与演示

根据落塔演示实验原理,搭建了短时微重力实验系统,开展在微重力模拟环境下,观测蜡烛火焰形状的变化,并解释其产生原因.     

压力对可燃极限非单调作用的机理分析

采用CHEMKIN的PREMIX模块对非常压下贫燃侧的一维、层流CH4／Air预混火焰进行数值模拟,分析了不同的压力下辐射引起的最高火焰温度损失、主要反应的敏感性系数和主要自由基摩尔分数的变化。结果表明,辐射热损失随着当量比的下降而加强,在非单调变化的拐点附近,热辐射损失对最高火焰温度的相对变化作用明显加强。随着压力增...     

圆柱火焰的可燃极限及稳定性分析

本文从理论上分析了有辐射热损失和曲率的圆柱火焰,推导出了关于火焰位置、火焰温度同热损失和来流速度之间的关系式。并在此基础上对圆柱火焰的可燃极限进行了研究,结果表明热损失对可燃极限产生很大的影响。另外,作者运用线性稳定分析法对有辐射热损失的圆柱火焰作了稳定性分析,得出了判断圆柱火焰稳定与否的通用表达式。     

乙炔/空气预混火焰法合成多壁碳纳米管的实验研究

本文利用乙炔-空气预混火焰研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)的合成,采用涂覆有二茂铁或硝酸镍催化剂的探针在预混火焰中采样,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对碳纳米材料(CNTs)的形貌和结构进行了表征.结果表明在乙炔-空气预混火焰中,二茂铁和硝酸镍均能够成功合成竹节状多壁碳纳米管,严物中处发现了碳纤维(CNF)、巴基葱(bucky onion)和碳黑等物质.二茂铁催化生成的碳纳米管管径大于硝酸镍催化生成的碳纳米管的管径;在乙炔-空 气散火焰和甲烷-空气扩散火焰中硝酸镍所催化合成的碳纳米管管径相近,说明碳纳米管的管径受催化剂颗粒尺寸的影响较大.研究表明探针在火焰中停留的时间和保护气体也会影响碳纳米管的合成.     

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...     

微重力环境下磁力实验观察与研究

根据自由落体原理,建立了一个短时微重力实验系统,并在其模拟的微重力环境下,观测了磁铁速度与磁力变化,通过对采集图像的处理技术,定性分析了其变化的原因。     

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。     

微重力环境下蜡烛火焰与油滴沉降的实验研究

搭建了短时微重力实验系统,对微重力条件下蜡烛火焰与油滴沉降进行了实验观测,帮助学生理解微重力环境下的物理规律与实验现象.     

微重力环境下V型层流预混火焰锋面不稳定性分析

本章试图寻求描述火焰锋面动态特性的方法，以解释微重力环境下出现的V型火焰锋面的涟漪现象。采用线性稳定性理论从经典的G方程中导出了描述火焰锋面动态结构的一阶偏微分方程。采用该方程计算了声波扰动后，不同时刻的V型火焰锋面的动态结构．对于谐波扰动，其频率与波数的关系是分析固有火焰锋面不稳定性的基础。因此，微重力环境下V型火焰锋面的不稳定性可能是声波与谐波相耦合的结果。     

层流预混气体多棱火焰燃烧现象的分析

在一定条件下,层流预混气体燃烧过程中可清晰地观察到多棱火焰现象。本文从燃料浓度、温度对燃烧速度、气流速度的影响出发,推导出了火焰面变化随空气消耗系数的关系式,并得出了形成多棱火焰现象的条件为:Kx<0。用该式判断的丁烷层流预混气体燃烧的多棱火焰区与实验结果基本吻合。     

铬在氢/空气预混火焰中氧化分析

用实验方法研究了铬在层流氢/空气预混火焰中的氧化行为。首先把铬以蒸汽状态添加到火焰中,就保证了铬完全没有被氧化。在燃烧过程中产生了Cr_2O_3颗粒和其它气态铬的金属氧化物。对预混火焰中样本的分析表明,起初随着与燃烧器的距离增加,六价铬的数量也增加;当与燃烧器的距离增大到一定值时,六价铬的数量就开始减少,直至5％。     

层流预混火焰PAHs形成的反应机理模型

本文着重讨论层流预混火焰中,碳黑的先驱多环芳烃(PAHs)形成的化学反应动力学机理。该机理包括101种组分、546个基元反应。通过与实验结果的比较表明,该模型能够较好地预报碳氢燃料预混火焰中PAHs的生成过程。计算结果还表明当量比和压力PAHs的生成与排放具有重要影响,且存在一个化学当量比,在此当量比下,PAHs的浓度达到极大值。     

层流预混庚烷火焰中PAHs的形成与机理的简化

本文使用详细的化学反应机理模拟了C7H16／空气层流预混火焰中多环芳烃的生成动力学过程．反应机理包括108种组分的572个基元反应．通过数值计算分析了层流预混火焰的结构和主要反应物、中间物质和反应产物的浓度变化,并对A1-A4组分的反应灵敏度进行了分析。并初步得到可以用于CFD的简化机理．     

二甲醚/氧气/氩气低压层流预混燃烧研究

利用同步辐射真空紫外单光子电离结合分子束质谱技术,对当量比φ=1.5的低压预混层流二甲醚火焰进行了实验研究。通过测量光电离质谱和光电离效率曲线,探测到了二甲醚/氧气/氩气的燃烧产物和火焰中间物,包括不稳定的分子和自由基。通过测量离子信号的空间分布曲线,计算了二甲醚/氧气/氩气火焰的主要物种C_2H_6O、O_2、Ar、H_2、H_2O、CO和CO_2的摩尔分数曲线,以及主要中间物种如CH_2O、C_2H_2、C_2H_4、CH_3OH、C_2H_2O、C_2H_4O、CH_3、CH_4、HCO、C_3H_3和C_3H_4的摩尔分数曲线,并分析了主要中间物种的产生和消耗过程。     

过冷池沸腾落塔短时微重力实验研究

本文研制了一套控温池沸腾实验设备,利用中国科学院国家微重力实验室落塔开展了短时微重力环境下的过冷池沸腾传热实验研究.加热元件为长30 mm、直径60 μm的铂丝.实验工质为O.1 MPa压力下过冷度为24℃的R113.在地面常重力和落塔短时微重力实验中,观测到核态沸腾和双模态过渡沸腾现象.对核态沸腾,微重力传热效果稍有增强而汽泡形态却呈现出剧烈变化.对双模态过渡沸腾,微重力下膜态沸腾部分有明显收缩,但热流密度值仍比常重力时减小20%.     

微重力下环境压力对火焰传播的影响

研究表明,在微重力环境中,当强制对流速度很小时,环境压力的增大会加强氧气的扩散,减弱辐射热损失对火焰的冷却效应,使火焰传播速度增大。但随着强制对流速度的增大,对流成为质量传递的主要途径,化学反应速率受化学反应动力学因素控制,火焰传播速度对压力的变化不敏感。