超声速预混可燃气流的点火与燃烧

在激波风洞一激波管组合设备上开展了碳氢燃料超声速预混可燃气流的点火与燃烧实验研究。实验结果表明:利用激波对燃料进行预热,并以高温燃气作为引导火焰,可以有效缩短汽油空气超声速可燃混气的点火延迟时间,使之缩短到 0.2 ms以下。利用纹影照片对超声速燃烧流场结构作出了分析;研究了超声速预混可燃气流的温度以及当量比对超声速燃烧流场结构、点火与火焰传播特性的影响。     

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。     

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。     

湍流热板点火的数值分析

一、引言 本文基于GM-75和k-ε模型对当量混合的甲烷-空气预混气的湍流热板点火问题进行了数值分析,趋势合理。计算结果说明:在湍流情况下利用热板点火比层流流动时困难得多,两者遵循的规律也不同,对此本文作了分析,并且讨论了来流湍流度对点火的影响。 热面引燃可燃混气是一种重要的基本燃烧现象,但五十年代以来绝大多数研究都限     

辐射传热对微重力环境下预混火焰传播特性的影响

1引言在火焰中，辐射过程是一种重要的传热方式。对该过程尽可能精确的计算，对于改进燃烧设备的设计、改善设备的运行性能十分有益。在正常重力环境下，与其它的释热现象相比，预混火焰中的辐射热损失十分微弱，因而，过去对预混火焰的分析中，往往忽略了辐射热损失的影响。近年来，对微重力（ug）环境下的预混火焰的研究结果表明，可燃极限与＃s最小点火能无关，自媳灭火焰（SEFs）发生时；其释放的能量比通常观察到的点火极限时的能量大几个数量级山，因此火焰伸张并不能解释“g环境下观察到的实验结果，辐射热损失可能是影响＃g火焰可…     

管道内甲烷/空气层流火焰向湍流转捩的微观特性研究

为揭示障碍物对火焰的加速特性,本文运用高速摄影技术和压力传感器分别对空管道和置障管道内甲烷/空气预混火焰的形状变化、火焰传播速度及升压特性进行了实验研究,利用Power-law火焰褶皱模型对管道内流场结构进行了大涡模拟分析。结果表明:空管道和置障管道内甲烷/空气预混火焰传播过程都经历了层流火焰向湍流的转变,且置障管道内的湍流强度明显高于空管道的;障碍物未对前期火焰传播过程产生影响,23ms之前,空管道和置障管道内火焰形态完全一致;障碍物能显著提高管道内的压力上升速率,相比于空管道,障碍物对管道内火焰传播速度提升501%;空管道内涡旋出现在管道的近壁侧,置障管道内涡旋出现在障碍物的背风侧,管道内出现的涡旋结构是火焰形态不断变化的根本原因;空管道湍流燃烧机制始终处于薄火焰区域,而置障管道内湍流火焰机制由薄火焰区域转变到破碎火焰区域;基于大涡模拟的Power-law火焰褶皱模型成功再现了实验中观察到的火焰形状、火焰前锋速度及流场结构,说明该模型适用于置障管道内预混火焰传播特性的研究.     

预混火焰拉伸和曲率效率的物理分析

湍流燃烧的基本火焰结构是拉伸的曲面涡管;拉伸流场中的管形火焰模拟了湍流燃烧的细微结构。本文对平面预混火焰、拉伸预混火焰和管形拉伸预混火焰进行了质量、能量和组分的守恒分析。通过对比这几种火焰,揭示了火焰拉伸效果是通过优先扩散改变火焰温度和熄火极限;而火焰曲率通过增强或削弱这种优先扩散效果来影响火焰温度,影响的大小和火焰厚度与火焰半径的比值呈正比。     

高强度湍流预混火焰NO生成特性的研究

本文采用直接数值模拟方法对不同湍流强度下预混CH_4/H_2/air平面火焰进行了计算,并对湍流火焰中NO的生成规律进行了研究。采用了28组分268步反应的详细化学反应机理。研究表明高Karlovitz数下,湍流微团能穿透火焰面并存在于内反应区中。在强拉伸作用下,局部燃烧热释率达到层流火焰峰值的1.8倍。湍流作用下湍流燃烧速率显著提高,而NO的总生成速率增加不明显。高湍流强度下由于快速型NO的生成率的显著减小,湍流火焰中NO的总生成速率降低。     

H2/air旋流预混燃烧的流场特性和火焰结构分析

本文采用完全可压缩的N-S方程,对当量比为1.0的H₂/air旋流预混火焰进行了直接数值模拟研究。氢气和空气的化学反应采用9种组分19步的详细机理。模拟结果表明,强旋流流场中存在回流区,碗形旋流火焰稳定在回流区的外围。在火焰面上沿火焰法向提取了局部火焰结构,将局部湍流火焰结构与层流预混火焰的火焰结构进行了比较,发现局部湍流火焰比层流预混火焰更薄,燃烧强度更高。     

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...     

CH4/O2/N2层流火焰瞬态响应特性数值分析

用数值分析方法研究CH₄/O₂/N₂层流扩散火焰的瞬态响应特性.采用详细的GRI-Mech 3.0机理(包含53种组分,325个基元反应)描述CH₄氧化和NO_x生成.首先比较火焰面稳态结构的计算结果和实验数据,以验证数值方法的可靠性.用台阶跃变的火焰拉伸率来模拟瞬态流场对火焰面局部结构的影响,给出了火焰面结构(温度、组分浓度)的瞬态响应曲线,分析了火焰面的响应特性.着重探讨了不同拉伸率跃变幅度对响应特性的影响,发现火焰面的响应对于拉伸率正向跃变和负向跃变并不对称,而是相反,且在小的拉伸率跃变范围内火焰面响应时间和拉伸率跃变幅度近似成反比关系.另外,温度的平均响应时间远大于一个典型湍流燃烧场的流动时间尺度,说明火焰面非稳态效应对于湍流燃烧数值模拟有重要意义.     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）北大核心CSCD

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

航空煤油火焰传播速度实验与动力学研究

航空煤油火焰传播特性对航空动力装置的研发与设计均具有重要意义。本文在液体燃料对冲火焰实验台上,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)在较宽的当量比范围内,测量了三种煤油表征燃料与空气掺混气的层流火焰传播速度。在标准大气压下,初温378 K时正癸烷、甲基环己烷和初温388 K时甲苯与空气预混气燃烧时能够达到的最大火焰传播速度为64.2 cm/s、58.3 cm/s和52.4 cm/s。在实验数据的基础上,进一步采用Chemkin软件对预混火焰进行了动力学分析,探讨了造成三种燃料火焰传播性质差异的动力学原因。     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

电火花对于可燃气流的引燃

对电火花引燃可燃气流的问题进行了理论分析和实验研究。将电火花看作是可燃气流中的一个线热源,运用边界层方程,考察反应区的发展,以其能否扩展开去作为引燃的判据,分析讨论了着火临界条件,导出了点火能和流速等参数之间的关系。实验中拍摄了不同条件下火焰发展的面貌,与数值计算得到的反应区发展相比较,表明这种模型确是在一定程度上反映了电火花引燃可燃气流的实际情况。此外,利用汽车发动机点火系统测试了电火花能量、来流速度、电极距离等因素对汽油-空气预混气的着火稀限的影响。     

湍流预混火焰中的浮力效应

本文利用数值模拟研究了浮力对湍流预混V形火焰平均速度场的影响,发现浮力效应主要体现在远场区域,而在火焰刷附近非常有限;利用落塔和 OH-PLIF 方法在正常重力和微重力下观测了火焰皱褶,发现浮力压制火焰皱褶的程度与湍流强度密切相关。分析表明斜压机理是浮力影响火焰皱褶的重要原因。     

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。     

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。     

激波和火焰相互作用的数值模拟

本文应用基元反应模型和NND格式,数值研究了充满可燃预混气的二维管道中,激波和火焰的相互作用过程.计算中氢氧混合物的化学反应考虑了9种组分20个反应式,讨论了激波作用于火焰时,火焰的变化以及缓燃转爆震(DDT)的过程,分析了不同激波马赫数对激波和火焰作用过程的影响.结果表明:激波与火焰作用能触发爆震波的产生,爆震波是由管壁上形成的爆震中心引发.     

湍流预混火焰LES/FDF模拟中标量混合时间尺度建模

在实际应用中,精确模拟高湍流度预混火焰十分关键但极具挑战性。本文将被动标量混合时间尺度动态封闭方法与hybrid混合时间尺度模型结合,在湍流预混火焰LES/FDF模拟中提出一种新的标量混合时间尺度建模方法。该方法不需要人为选取混合模型参数C_M,且动态地考虑了由湍流和火焰结构分别引起的亚网格标量混合。对悉尼值班预混射流燃烧器高湍流度PM1-150火焰进行了LES/FDF模拟。结果表明,新模型显著改善了对整体燃烧进程的预测结果,正确地预测了局部熄火/再燃现象。进一步的结果显示,模型参数C_M明显大于在RANS框架下量级为1的常用取值,这表明该参数在不同框架下具有不同的物理内涵。