火焰长度的图像测量方法研究

提出了一种火焰长度的测量方法。该方法利用彩色面阵CCD相机获得火焰图像；根据火焰辐射强度和亮度之间的理论关系，提出了基于图像亮度来提取火焰图像；依据提取的火焰图像，提出了一种确定火焰边界和计算火焰长度的算法。最后用蜡烛在实验室进行了试验验证。利用Matlab提取火焰亮度图像，并进行了滤波处理；利用Visual C＃编程技术，依据所提取的火焰边界和长度计算方法，得到火焰实际长度。该方法代替了传统的手工测量，操作方便、简单。试验表明该方法能达到理想的测量结果。     

直喷柴油机火焰浮起长度的数值模拟研究

采用三维CFD模型模拟了直喷柴油机缸内喷雾燃烧过程,模拟缸压曲线得到了实验的验证.通过高温区与喷嘴之间的稳定距离来确定柴油机火焰浮起长度,研究在不同进气条件下火焰浮起长度的变化情况.该模型成功地预测了火焰浮起长度随着初始进气压力的增大而减少,随着进气温度的升高出现先增大后减少的趋势.同时模拟了在不同EGR率下柴油机缸内燃烧情况,发现火焰浮起长度和燃料着火延迟时间都随EGR率的增加而增大.     

横向风条件下线性火焰热特性

通过搭建横向风下线性火焰燃烧的实验装置,对线性火焰下游壁面处温度以及辐射热流进行了研究。结果表明,壁面温度随无量纲下游距离增加而减小,且呈分段函数分布。量纲分析和数据拟合表明,无量纲辐射热流随着无量纲下游距离增加而减小。计算结果表明,辐射分数随着风速的增加而略微减小。考虑到火焰浮力和环境风动量的共同作用,依据火焰附壁长度,将火焰分为浮力主控区和动量主控区,建立了一种修正的线性火焰对下游壁面热辐射的预测模型,模型预测与实验结果吻合较好。     

低密度EPS不同角度及厚度情况下火蔓延特性研究

本文采用小尺寸实验的方法探究了低密度EPS火蔓延及其熄灭特性,分析了密度、厚度以及角度综合因素对EPS火蔓延及熄灭的影响。研究发现:密度为6 kg/m^3的EPS,由于密度很小,材料厚度以及放置角度受到密度影响的抑制,EPS均无法被火源点燃进而进行火蔓延;而当密度为10 kg/m^3的EPS,随着材料厚度以及放置角度的增加,试样经历了从不能点燃,到短距离不稳定火蔓延,正常蔓延,以及蔓延过程中收缩性熄灭等过程。研究发现,密度为10 kg/m^3,厚度为4 cm的EPS试样,当放置角度为0°、10°、20°和30°时,能够正常蔓延,而当角度增加至40°、50°时,EPS火蔓延过程中出现了收缩性熄灭的现象.通过分析火蔓延过程收缩性熄灭机理,发现火蔓延速度与预热区的长度之间的相互竞争机制,是导致熄灭现象产生的主要原因。实验结果表明,收缩性熄灭对火蔓延速度,池火区长度以及表面火焰区火焰形态等都产生了相应的影响。     

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。     

燃料敏感性对内燃机部分预混燃烧(PPC)光谱特性的影响研究

在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。试验过程中,通过改变喷油时刻(SOI=-25,-15和-5°CA ATDC)使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传统柴油燃烧模式。通过使用正庚烷、异辛烷、乙醇混合燃料来改变燃料敏感性。结果表明,在PPC模式下(-25°CA ATDC),火焰发展过程是从近壁面区域开始着火,而后向燃烧室中心发展,即存在类似火焰传播过程,同时在燃烧室下部未燃区域也形成新的着火自燃点。敏感性对燃烧相位影响较大,对缸内燃烧火焰发展历程影响较小;高敏感性燃料OH和CH带状光谱出现的时刻推迟,表明高敏感性燃料高温反应过程推迟,且光谱强度更低,表明碳烟辐射强度减弱。在PPC到CDC之间的过渡区域(-15°CA ATDC),燃烧火焰发光更亮,燃烧反应速率比-25°CA ATDC时刻的反应速率更快。高、低敏感性燃料对缸压放热率的影响规律与-25°CA ATDC相近,此时的燃烧反应更剧烈,放热率更高,碳烟出现时刻更早。该喷油时刻下的光谱强度高于PPC模式下的光谱强度,说明此时的CO氧化反应与碳烟辐...     

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。     

环境风下三面围护结构内池火火焰形态参数预测

本文通过开展环境风下三面围护受限结构内油池火燃烧实验,研究火焰形态随风速的变化规律。实验结果表明该受限结构内油池火的最大火焰高度、火焰迹线长度均随风速呈不变或增大趋势。将实验数据与前人的预测模型进行对比,发现前人的模型不能很好地描述池火火焰形态的变化规律。通过物理模型和无量纲分析,耦合了三面围护结构和环境风对池火火焰形态的作用,提出火焰高度和火焰迹线长度的预测模型。     

甲烷-煤尘爆炸物火焰传播特性

 在10 m³的爆炸罐中对体积分数为8%的甲烷和75 g/m³煤尘的混合物进行了系统的燃烧爆炸实验。分别利用光测方法和压力方法得到了爆炸物的层流燃烧速度、火焰传播速度、火焰厚度、马克斯坦长度以及爆炸特征值的变化规律。结果表明,在常温常压下,当点火能为40 J时：利用光测法得到的8%甲烷与75 g/m³煤尘混合物的燃烧速度为0.437 m/s,而根据压力-时间关系得到的混合物燃烧速度为0.459 m/s,两者符合较好;用火焰厚度与马克斯坦长度判定的火焰发展趋势相同,即向外传播的火焰趋于稳定;爆炸物的爆炸特征值最大值出现在0.5 m处,壁面的爆炸特征值偏小。     

气化炉内柴油火焰光谱辐射特性及CH*二维辐射特性研究

火焰的自发辐射光谱与火焰的结构、温度分布等燃烧特征参数密切相关。对激发态自由基辐射的辐射强度与二维分布进行研究,可清晰地反映火焰燃烧状态而不对火焰产生扰动。基于多喷嘴对置式气流床气化实验平台,利用光纤光谱仪和配置CCD相机的高温内窥镜,对柴油扩散火焰的辐射光谱及CH*辐射二维分布特性进行研究。考察了当量比和撞击作用对火焰辐射光谱和CH*辐射分布的影响。结果表明,柴油火焰在306.47及309.12 nm处存在OH*辐射特征峰,在431.42 nm处存在CH*辐射特征峰,且存在明显的碱金属原子Na*(589.45 nm),K*(766.91和770.06 nm)发射光谱。此外,由于柴油不完全燃烧生成大量碳黑,在辐射光谱的可见光波段产生了强烈的连续黑体辐射。火焰中的黑体辐射对CH*辐射特征峰的检测存在干扰,且当量比越低时背景辐射越强,对自由基特征峰检测干扰越大。基于普朗克定律利用插值法可扣除430 nm附近波段背景辐射。柴油火焰中CH*辐射峰值随当量比的增加单调减小,CH*辐射等值线沿火焰发展方向依次出现三峰状、双峰状及单峰状,最终收缩为以反应核心区为中心的圆核。随着当量比的提高,出现各个形状的CH*辐射强度阈值不断降低,火焰主反应区面积减小且向下游移动,当量比增加到1.0附近时,理论上柴油完全燃烧,CH*辐射强度显著降低,贫燃火焰的CH*辐射强度及分布区域几乎稳定不变。利用CH*辐射强度值判定火焰举升长度,对于单喷嘴射流火焰,火焰举升长度随当量比的增加经历了显著增加后小幅下降的过程。相同当量比时两喷嘴撞击火焰CH*辐射强度峰值始终高于单喷嘴射流火焰对应值;火焰举升长度随当量比的增加小幅增加。火焰撞击的约束作用使得火焰举升长度不易随着当量比变化发生较大波动,燃烧更加稳定。这为定量判断火焰燃烧状态提供了一种直观、有效的方法,同时为柴油燃烧的化学动力学研究提供了实验依据。     

甲烷/氧气层流反扩散火焰形态及滞后特性研究

对空气气氛中甲烷/氧气反扩散火焰的形态和推举滞后特性进行了实验研究. 实验中通过改变气体流量考察了气速变化对火焰形态演变及滞后特性的影响, 并利用紫外相机系统研究了气速对不同形态火焰中OH^*分布的影响. 研究结果表明: 甲烷气速、氧气气速和火焰的历史状态是决定火焰形态的三个重要参数, 并以此对实验范围内的火焰形态进行了分区; 氧气气速对不同形态反扩散火焰轴线上的OH^*分布有相似的影响, 当氧气缺乏时, 反扩散反应区较短, 当氧气富余时, 反扩散反应区在轴向分布较广; 同轴甲烷的气速对反扩散火焰的滞后特性影响显著, 随着甲烷气速的增加, 反扩散火焰的推举速度和再附着速度呈线性减小, 部分预混火焰向反扩散火焰转变的速度呈线性增加.     

氢、碳氢燃料对向扩散火焰

对氢、正烷烃碳氢燃料与氧的对向扩散火焰,其中正烷烃包含了在工业用燃料中广泛应用的C_nH_2n+2正烷烃CH₄～C1₆H₃₄,对这些燃料的火焰结构进行了分析和比较,系统地分析了压力和拉伸率对火焰行为和热释放率等的影响,其中包含了2115个组分8157个可逆反应．研究结果表明,所有燃料的火焰厚度和热释放率与压力和拉伸率的乘积的平方根成线性关系．在相同工况下,氢的火焰厚度总是大于所有的碳氢燃料,而CH₄～C1₆H₃₄所有的碳氢燃料在相同工况下总是具有几乎相同的燃烧温度分布、燃烧产物分布、火焰厚度和热释放率,该结果表明由这些碳氢燃料组成的混合燃料具有同样的火焰特性.     

富氧空气-乙炔火焰原子吸收光谱法测定矿泉水中痕量钡

本文研究了用富氧空气 乙炔火焰原子吸收光谱法测定钡 ,比较了乙炔流量、氧气流量及氧炔比的影响 ,当混合空气中含氧量为 5 2 % ,氧炔比为 0 72时对钡有较高的灵敏度。在此火焰中 ,不同浓度的各种酸及大多数金属离子对钡的测定干扰较少 ,当溶液中引入 10 0 0mg·L- 1 K时 ,具有最大的增感及消除干扰的效应。方法的检出限为 0 0 34mg·L- 1 ,灵敏度为 0 16mg·L- 1 / 1% ,相对标准偏差为 2 5 %。     

低熔点合金相变换热特性实验研究

本文针对熔点为70°的Bi-Cd-Pb-Sn低熔点合金的相变换热特性开展了实验研究,讨论了冷却水流量对冷却速率及相界面移动速率的影响。结果表明:低熔点合金在冷却过程中出现明显的相变带,相变潜热释放完后合金温度出现陡降;冷却水流量越大相界面的移动速率越快,当Q80 L·h~(-1)时流量对固液相界面的移动速率影响减小,相同流量下固液相界面的移动速率随热阻的增加逐渐减小。     

铝颗粒粉尘对冲火焰数值模拟研究

铝颗粒由于具有能量密度高、易储存、燃烧过程不产生温室气体等优势,有望成为未来化石燃料替代的解决方案.本文建立了铝颗粒粉尘火焰的燃烧模型,其中考虑了相间传热、相变、表面化学反应、气相详细化学反应及辐射传热等过程,并针对铝颗粒粉尘对冲火焰开展了数值模拟研究.首先,通过仿真McGill大学的铝颗粒粉尘对冲火焰实验进行模型验证,并分析了实验中使用铝颗粒本身作为示踪粒子引起的气相速度测量误差,结果表明,数值模拟得到的离散相速度分布与实验结果基本一致,火焰传播速度的预测值也同实验数据吻合较好.当颗粒粒径小于10μm时,连续介质假设不再成立,相间传热模型必须考虑过度区机制,随着颗粒粒径的增加,火焰传播速度不断降低.随着对冲火焰拉伸率的增加,颗粒在火焰区的停留时间减少,并出现燃烧不完全的现象,粉尘火焰由双峰变为单峰结构.火焰传播速度随着拉伸率的增加而增大,通过线性外推可得到未拉伸的火焰传播速率约为29 cm/s.辐射引起的热损失会导致气相温度大幅降低,但辐射传热对颗粒的加热作用相对较小.     

不同环境氧浓度下聚甲氧基二甲醚（PODE）喷雾燃烧的羟基光谱分布及其反演重构研究

聚甲氧基二甲醚（PODE）是一种有潜力的柴油替代燃料，目前针对PODE的研究更多集中在发动机台架试验，相应的基础喷雾燃烧研究较少，制约了其在动力装置中高效清洁燃烧性能的提升。羟基（OH）性质活泼，大量存在的区域通常认为是高温反应区域。利用羟基光谱可以获得火焰结构、燃烧反应位置以及热释放速率等重要参数。环境氧浓度对火焰结构有很大影响，也是控制燃烧反应速率和污染物排放的重要参数。因此，在一台光学定容燃烧弹上，首先利用羟基的自发光光谱测量，研究了宽环境氧浓度变化（15%～80%）对PODE喷雾火焰浮起长度的影响，进一步利用阿贝尔逆变换方法将羟基自发光光谱强度由积分值反演为点位值，研究了富氧条件下（40%～80%）氧浓度变化对PODE喷雾羟基分布的影响。研究结果表明：环境氧浓度由15%增至40%，PODE火焰浮起长度迅速缩短；氧浓度进一步增加至80%，火焰浮起长度下降趋势逐渐变缓，直至基本不变；相同氧气浓度下PODE火焰浮起长度明显小于柴油。反演后的羟基光谱分布特征表面，富氧条件下PODE羟基光谱的高光强区域主要集中于喷雾边缘扩散火焰薄层中，同时，局部温度的显著提升使得羟基光谱强度在预混反应区下游附近达到最大；羟基光谱高光强区域随氧气浓度增加逐渐向火焰中上游区域迁移，并且其分布表现为轴向上更短，径向上更窄；在火焰达到准稳态时，相较40%氧气浓度条件，60%和80%氧气浓度下的羟基光谱强度在火焰中下游明显减弱，表明高的环境氧浓度下喷雾上游的燃油高浓度区域更快的参与到剧烈的燃烧反应中。     

声激励下低旋流火焰动态响应特性研究

针对声激励下甲烷/空气预混低旋流火焰动态响应特性开展实验研究.声激励频率为55～295 Hz,相对幅值为0.1～0.3.采用光电倍增管记录火焰自发OH*荧光信号,采用双麦克风法测量入口气流速度脉动,采用高速相机捕获火焰结构动态响应过程.实验结果表明,小幅值激励下火焰时均结构变化不明显,大幅值低频激励下火焰长度明显增加,...     

乙烷含量对天然气、煤层气燃烧速率和火焰稳定性的影响

本文在定容燃烧弹中,研究了高温高压(0.75 MPa,450 K)下甲烷-乙烷-空气预混合气火焰传播规律,并系统分析了当量比、混合气中乙烷含量对混合气层流燃烧及火焰稳定性的影响.实验结果表明:随着混合气中乙烷含量的增加,不同当量比下无拉伸火焰燃烧速率均增大,马克斯坦长度增大,表明火焰稳定性增强.在实验范围内,无拉伸火焰...     

宽度与角度耦合作用下固体表面火蔓延加速特性

研究了杉木和樟木两种典型的可碳化固体表面在不同试样宽度和不同放置角度的火蔓延加速特性.试样宽度范围为2～12 cm,每间隔2 cm为一组工况;放置角度为-20°～30°,正角度每间隔10°为一组工况,负角度每间隔5°为一组工况。通过分析试样表面火焰蔓延速度、火焰特征参数(火焰形态、火焰面积、火焰温度)及试样质量损失速率等的变化规律,观察火蔓延特性。研究发现,火蔓延速度、质量损失速率及火焰面积均随着试样宽度和放置角度的增大而增大;试样宽度对火蔓延发生加速行为的临界角度有影响,并揭示了试样宽度对火蔓延加速行为的影响机制;得到了火蔓延过程在试样宽度和放置角度耦合作用下的稳态蔓延和加速蔓延之间的临界条件。     

预混火焰在封闭狭缝内传播动力学研究

本文构建了一个封闭圆盘狭缝空间的一维平面火焰动力学模型,研究了存在壁面热损失条件下可燃混合物在封闭的圆盘狭缝定容装置内火焰的传播特性。模型预测结果与实验结果定性地吻合。模型表明显示,壁面散热降低火焰传播速度的机制在于其使高温已燃气体向低温未燃气体方向的膨胀能力减小,导致火焰前锋的当地流场速度降低,而且同时降低了火焰温度和燃烧反应速率。因此增大初始压力或掺氢气等低活化能的反应物能够有效降低壁面散热的不利影响。该计算模型能够丰富微小尺度封闭空间内火焰传播相关理论,并提供在微小封闭空间内提高火焰传播速度和燃烧效率的理论依据和调控手段。