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。     

中、小雷诺数下围绕渗透出可燃气体的圆柱强迫对流时火焰结构的数值分析

一、前言 气流中的扩散火焰结构的数学分析在理论和实践上都具有一定意义.前人曾提出“折算薄膜”,“边界层燃烧”,“厚交换层”等数学模型来分析中、小雷诺数下强迫对流中单燃料滴的燃烧,并与实验结果进行了对比.本文对围绕渗透出可燃气体的圆柱在强迫对流的空气气流中求解流场,并与扩散方程和能量方程联立,用松弛迭代求解浓度场和温度     

微喷管甲烷非预混射流火焰燃烧特性实验研究

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭流速及吹熄极限,并与常规尺度(管内径2 mm)非预混射流火焰进行了对比。研究表明微喷管射流火焰只有层流火焰一种形态;微喷管射流火焰高度主要取决于燃料流速而不受外部伴流速度影响;微喷管射流火焰的吹熄极限随伴流速度先增加后减小,而微射流火焰的最小熄灭流速受伴流空气速度影响较小,随管径减小微喷管射流火焰的可燃范围急剧减小。     

60°V型火焰稳定器回流区内的流动特性

一、前言 研究火焰稳定器机理有必要对Ⅴ型火焰稳定器回流区内气体流动的空气动力学性质和紊流特性进行深入细致的研究。本文用一维激光三光片测速仪在五种来流速度下对封闭管道内二维60°V型火焰稳定器回流区内速度场、紊流度分布进行了详细测量。本文测出在不同速度下Ⅴ型火焰稳定器回流区紊流度的分布规律,对于进一步发展模型预言     

非平衡等离子体对脉动丙烷预混火焰的影响

通过将介质阻挡放电应用于燃烧增强,实验研究了非平衡等离子体对于入流脉动条件下丙烷预混火焰的影响。通过本生灯法测定火焰速度,通过气相色谱分析确定丙烷燃料经非平衡等离子体作用后的组分并计算物性,重点研究了不同限流速度、脉动幅度以及平均流速下等离子体对吹熄极限的影响。实验结果表明,非平衡等离子体使丙烷预先裂解,提高火焰速度,并在一定区间内优化吹熄特性,增强燃烧稳定性。     

辐射热损失对球形火焰传播速度的影响

本文通过理论分析和数值模拟系统地研究了辐射热损失对球形火焰传播速度的影响。研究结果表明辐射热损失的影响分为直接影响和间接影响;直接影响指辐射热损失会降低火焰温度,从而降低火焰传播速度;间接影响指辐射热损失导致的冷却会引起逆向火焰传播的流动,从而降低火焰传播速度。对近可燃极限预混气体,直接影响起主导作用;对高辐射强度预混气体,间接影响起主导作用。本文研究的结果对球形火焰法测量火焰传播速度有着重要的指导意义。     

电场对稀燃预混钝体旋流火焰结构的影响

本文研究了开放空间内的直流电场对甲烷稀燃预混钝体旋流火焰结构的影响。施加电场后,火焰面向上游移动,火焰面之间的夹角增大。电场能够提高钝体旋流火焰中上部分的火焰面褶皱率,从而提高湍流火焰速度,但是对根部火焰面结构没有影响。电场对最大火焰面密度没有明显作用,而是通过提高火焰刷厚度提高湍流火焰速度。预混气当量比和燃烧器出口平均速度能够影响电场作用强度。当量比越低,出口平均速度越高,电场的作用越不明显。电场对钝体旋流火焰根部结构影响较弱,且在临近吹熄工况下电场流体动力学作用很弱,对钝体旋流火焰的稀燃吹熄极限没有明显影响。     

N2稀释对双旋流合成气非预混燃烧特性的影响

利用平面激光诱导荧光（PLIF）、高温细丝热电偶及红外气体分析仪对不同N₂稀释量下的双旋流合成气非燃烧流场进行了实验研究。实验结果表明,随着N₂稀释量的增加:双旋流合成气火焰的基本结构发生变化,火焰会出现典型的推举火焰特征;火焰锋面被拉伸,主要反应区域轴向长度和径向宽度增大,喷嘴出口附近火焰锋面由M型分布逐渐转变为W型分布,轴线上未反应区域不断扩大;火焰张角与穿透深度增大,火焰推举高度减小;燃烧排气温度略有减小,NO排放明显降低。     

三维曲面腔顶盖驱动流的MRT-LBM研究

采用多松弛时间格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM)的D3Q15模型分别对长方体腔、圆柱腔、半圆柱腔、旋转双曲面腔、旋转椭球面腔、半球腔以及两种组合腔体的三维顶盖驱动腔流进行数值模拟, 比较分析各腔体内流线分布、流速等值线分布和涡心的发展, 对于典型腔体模拟不同雷诺数下的流动情况。结果表明: 在同一雷诺数下, 曲面边界不仅能消除从边界产生的次涡, 还会导致腔内主涡的分离, 增大中心纵剖面纵向回流速度; “上长方体+下半圆柱”腔内流函数分布与边界贴合度最高。当雷诺数不断增大时, 半圆柱腔内主涡逐渐分离成两个同向涡, “上圆柱+下半球”腔内始终保持着圆柱腔与半球腔内的基本流动特征; 而长方体腔内主涡涡心保持在同一高度, 次涡逐渐增强, “上长方体+下半圆柱”腔内流动愈加规则, 主涡逐渐下沉, 流速等值线分布逐渐趋于中心小、四周大。     

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。     

含复合添加剂N2-双流体细水雾抑制乙醇火焰强化研究

细水雾扑灭油池火初期会出现火焰强化现象,这在一定程度上影响了细水雾灭火技术的安全性。本文研究了含复合添加剂N2-双流体细水雾对乙醇火的灭火有效性,从火焰温度、灭火时间和燃烧场流场结构特征三个方面,分析其对细水雾灭火火焰强化现象的抑制作用。实验结果表明:四种工况灭火效率从高到低分别为含KQ溶液N2-双流体细水雾>N2-双流体细水雾>含6%氟表面活性剂N2-双流体细水雾>Air-双流体细水雾;在含复合添加剂KQ溶液N2-双流体细水雾作用下,火焰强化现象几乎消失,同时表现出良好的控火效果,其原因是N2作为驱动气体则能预先稀释燃烧室内可燃气体浓度,降低火焰燃烧速率;而在氟表面活性剂与金属钾盐添加剂耦合作用下,有利于降低雾滴粒径,加快细水雾的蒸发与金属K离子的析出,从而提高了化学灭火和物理灭火作用。因此,KQ溶液N2-双流体细水雾灭火效率和控火能力大大提高。研究结果将为提高细水雾灭火技术的安全性提供指导。     

斜喷环流环形燃烧室点火实验研究

本文发展了一种通过旋流喷嘴斜切喷入可燃气体,在燃烧室内形成周向环流以增强掺混的环形燃烧室模型,并开展点火实验研究,使用高速相机记录点火过程中的周向联焰,在不同点火模式下,与传统直喷型环形燃烧室的火焰传播特征进行对比,分析了当量比、空气流量和热功率对周向点火时间的影响。实验发现,斜喷环流的周向速度分量对周向火焰传播过程有重要影响;当空气流量达到一定程度时,影响周向点火时间的流动加速系数主要由空气流量决定。     

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。     

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.     

旋转滑动弧放电等离子体对氨气旋流火焰稳定性的影响

本文实验研究了三维旋转滑动弧(RGA)放电等离子体对氨气旋流火焰稳定性的影响。实验表征了等离子体特征,测试了等离子体对氨气旋流火焰的助燃效果,研究了火焰形态特征的转变和OH自由基分布,揭示等离子体对氨气旋流火焰的助燃机理。结果表明,RGA放电等离子体可以作为点火源和火焰稳定器,能够提高火焰稳定性和拓展吹熄极限。另外较高流速下,火焰迟滞现象消失,在低流速下氨气火焰容易受到电场/等离子体的流体动力学不稳定性的影响。     

用高速摄影机拍摄气体爆轰波反应区

人们很早就注意到可燃气体混合物中火焰在一定的条件下可以达到很高的传播速度。这种现象称之为爆轰。根据ZND模型,气体爆轰实际上是带有化学反应区的激波。它的结构是激波后方紧跟一个化学反应区,两者构成了爆轰波波阵面。爆轰波的特点是1)传播速度高,一般为2000m/S左右。2)伴随有发光现象。根据ZND模型,可燃气体的化学反应在反应区中进行,因而反应区具有一定的宽度。 人们对爆轰波作了大量的研究,但由于波阵面的传播速度太快,限制了对波阵面结构诸如阵面形状,反应区宽度等的研究。     

反扩散火焰温度场特性的实验研究

本文设计搭建石英管反扩散层流燃烧实验系统,研究了不同雷诺数和燃料组分条件下反扩散火焰的温度场特性。实验表明,反扩散火焰中心某一高度存在燃料和中心空气快速混合区域,体现出一定的预混燃烧特性。随中心射流雷诺数增大,火焰底部冷核区增大,高温区位置沿轴线上移,但火焰最高温度点的水平高度先升高后降低。不同燃料组分下,反扩散火焰的整体温度有所变化,但火焰温度的分布特性基本相似。     

气体火焰驻波演示实验的理论分析

对通过声场使可燃气体产生火焰驻波的波形进行研究,得出火焰驻波在波节处(固定反射端)出现火焰,在波腹处几乎不出现火焰的结论,理论分析与实验观测相符.     

速比对混合层湍流参数影响的实验研究

本文使用PIV术对低高速侧速比为0.25、0.33和0.5时竖直通道内的混合层流动进行实验研究,基于速度差和通道水力直径的雷诺数范围15840～132000.研究发现混合层内湍流参数的分布不仅和雷诺数有关,还和速比有关.混合层内同一横截面上平均雷诺应力的最大值随雷诺数的增大而增大,而在同一横截面上相同雷诺数时雷诺应力的最大值则随速比的增大而减小.在同一横截面上平均涡量随雷诺数的增大而增大,雷诺数相同时平均涡量的最大值随速比的增大而增大.无量纲平均涡量的最大值随混合层的发展按指数规律衰减,速比越大衰减速度越快.     

滑动弧辅助甲烷/氨旋流火焰的稳燃和排放特性

本文针对滑动弧等离子体辅助下的甲烷/氨气/空气预混旋流火焰,研究了其燃烧稳定性以及NO_x排放特性。研究结果表明,滑动弧不仅能够大幅拓展甲烷/氨气/空气预混旋流火焰的贫燃吹熄极限(在开放空间和受限空间中,贫燃吹熄极限分别从0.60～0.80拓宽到0.30),同时能够降低NO_x排放量。随后,通过NH₂^*化学自发光的光学测量,分析了滑动弧等离子体降低NO_x排放的可能机理。