CO_2和H_2O对合成气层流燃烧速度的影响

利用高速纹影摄像方法结合定容燃烧弹研究了CO_2和H_2O稀释对CO/H_2/air混合气层流燃烧速度的影响,获得了不同当量比、稀释气和CO/H_2比例下合成气的层流燃烧速度。结果表明,CO_2与H_2O对合成气层流燃烧速度的影响有显著差异。总体上来说,CO_2具有更强的稀释效果。从化学反应的角度出发,CO_2与H_2O对合成气的燃烧化学反应有着截然相反的效果,CO_2抑制燃烧化学反应,而H_2O起到促进燃烧化学反应的作用。     

双组分燃料的层流火焰速度模型

以往关于层流火焰速度的理论分析均只考虑单组分燃料,本文对双组分燃料的平面火焰进行了大活化能渐近理论分析。在理论分析中,将火焰结构分为预热区、化学反应区和平衡区,并在大活化能假设下对各个区域分别求解了关于温度与燃料质量分数的微分方程。根据每两个区域分界面上满足的结合条件,本文推导出了双组分燃料的层流火焰速度模型。该模型表明双组分燃料层流火焰速度的平方为各个单组分燃料层流火焰速度平方的加权平均。     

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...     

对冲火焰流场的二维分布对层流火焰传播速度测量的影响

在φ=0.6～0.75的条件下,利用PⅣ测得对冲火焰的二维速度场,分析使用偏移中心线一定距离提取的轴线速度分布曲线所得到的层流火焰传播速度SOL与沿中心线提取的速度分布曲线得到的SOL之间的误差大小.实验结果表明,在弱火焰时对冲火焰速度场具有明显的二维效应.φ=0.6,偏离中心轴线5 mm时,相对误差达到33%;而φ=...     

流量非对称性对层流火焰传播速度测量的影响

对冲火焰被广泛地应用于测量层流火焰传播速度,但实验中常常出现两个喷嘴的流量非对称,造成流场的非对称性.通过数值模拟发现,流量不对称性使得火焰锋面不断移向流量较小的一侧,两侧火焰速度均发生变化.随着流量差增大,流量较大侧得到的层流火焰速度也稍有增加,而流量较小侧的与对称条件下的一致.建议尽量使用流量较小侧作为测量区域.在常规实验的流量偏差内,使用局部拉伸率拟合所得到的层流火焰传播速度是可靠的.     

拉伸流扩散火焰面结构及熄火的研究

对拉伸层流扩散火焰面进行了数值模拟,考察了在以往湍流燃烧的火焰面模型中,假定Lewis数等于1的可靠性,研究了不同分子扩散和火焰辐射对火焰面结构、氮氧化物排放和熄火临界的影响.计算结果表明,Lewis数等于1的假定在火焰面结构的计算中存在很大的近似性,火焰辐射可以引起低拉伸条件下的熄火临界.     

甲醇对正庚烷层流预混火焰影响的实验研究

利用低压层流预混火焰结合同步辐射真空紫外光电离技术和分子束取样质谱技术,探测到并计算了甲醇摩尔掺混比为0%、11%、28%和50%的甲醇/正庚烷/氧气/氩气火焰中62种燃烧中间产物和最终产物的摩尔分数.结果发现,甲醇的加入对正庚烷的消耗速率和大分子裂解没有影响,其主要作用表现在对C1和C2小分子摩尔分数的影响.甲醇的氧...     

氢气扩散火焰中辐射源项湍流脉动特征的PDF模拟

采用κ-ε湍流模型、标量联合的概率密度函数(PDF)输运方程和层流火焰面模型相结合,模拟氢气自由扩散火焰中辐射源项湍流脉动特征.给出了主燃区内辐射源项湍流脉动的频率图.辐射源项的样本点分布集中,大约95%以上的样本落在其系综的±3倍方差以内,频谱图为单峰.     

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。     

甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰OH*自由基的数值研究

OH*自由基是火焰中主要的激发态自由基之一,它所产生的化学发光可用于描述火焰的结构、拉伸率、氧燃当量比和热释放速率等特征信息,因此被广泛应用于火焰燃烧状态的在线诊断。以甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰作为研究对象,采用GRI-Mech 3.0机理结合OH*自由基生成和淬灭反应进行数值计算,对OH*自由基的二维分布特性进行研究,分析不同区域内OH*自由基的生成路径,并探讨不同氧燃当量比例和不同喷嘴出口尺寸对OH*自由基强度和分布特性的影响。模拟结果与实验研究基本吻合,表明计算模型能够准确描述火焰中OH*自由基的二维分布。结果表明：在甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰中,OH*自由基存在两种不同形态的分布区域,分别由反应CH+O₂=OH*+CO和H+O+M=OH*+M生成;随着氧燃当量比提高,OH*自由基的分布区域逐渐向火焰下游扩张,根据其分布形态的变化可以对火焰燃烧状况进行判断;如果OH*自由基仅分布于火焰的上游区域且呈断开形态,则说明火焰处于贫氧燃烧状态。如果OH*分布呈环状形态,则说明火焰处于富氧燃烧状态;相同氧气流量条件下,缩小喷嘴出口的环隙尺寸有助于加强燃料和氧气的化学反应程度,从而使火焰中OH*自由基的摩尔分数显著提高,增强OH*化学发光的辐射强度,提高火焰光谱诊断的准确性。     

火焰曲率对H_2扩散火焰NO排放影响的数值研究

使用不同的H_2/O_2化学反应机理和NO_x化学反应机理模拟了平面对冲火焰。通过和实验数据比较确定了最优的化学反应机理。使用该化学反应机理模拟了管形对冲火焰。通过对比平面拉伸火焰和管形拉伸火焰,突出了火焰曲率对H_2扩散火焰温度和NO排放的影响。分析显示正曲率提高火焰温度,负曲率降低火焰温度,由于NO生成对温度的敏感性,正曲率火焰的NO排放明显高于平面火焰,反之,负曲率火焰的NO排放大大低于平面火焰。     

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。     

基于高光谱技术的甲烷层流预混火焰自由基特性研究

高光谱技术提供了空间和光谱维度的信息,同时基于传统黑体模型的实验技术和计算方法不适用于甲烷火焰的辐射特性,而火焰中自由基的高光谱信息反映了火焰结构、组分浓度分布等燃烧的多方面特征,能够为燃烧模型的完善提供依据。利用高光谱技术在不同当量比和不同流量下研究了甲烷预混火焰中自由基的空间和光谱特性。对不同当量比的研究表明,随着当量比的增加,火焰中心处的CH^*和C^*₂自由基的辐射强度先增加后降低,而燃烧区域内二者的平均辐射强度一直增加,火焰中心处的点可以表征局部的燃烧状态,而燃烧区域内辐射均值表征热释率等整体燃烧状态,定量给出了两种方法的不同趋势。火焰中心处的CH^*自由基辐射强度在当量比为1.01时达到峰值,而C^*₂自由基辐射强度在当量比为1.12时达到峰值,两种自由基的辐射峰值可以分别作为燃烧中反应强度和稳定性的判据。当量比可以由C^*₂和CH^*辐射强度之比来表征,修正了C^*     

The Effect of Initial Conditions on the Laminar Flame Front Velocity in Gas Mixtures

Technical Physics - In this paper, we consider the scatter of the laminar flame front velocities caused both by an error in the composition of the combustible mixture and by artificial initial...     

碳氢扩散火焰实验研究：燃烧气氛对火焰光谱与温度的影响

辐射是各种燃烧过程中热传递的主要方式。在不同的火焰中,辐射光谱分布十分复杂。在这项工作中,利用光谱仪测量了可见光(200～900 nm),近红外(900～1 700 nm)和中红外(2 500～5 000 nm)波段火焰的光谱强度,分析了空气和富氧气氛下扩散火焰的光谱特征。并基于光谱分析,定量得到了火焰中碳烟以及气体发射的辐射力,计算了火焰的温度分布。结果表明,空气燃烧中的火焰温度低于富氧燃烧中的火焰温度。在空气气氛下,火焰中的碳烟和气体均对中的热辐射起着重要作用。而在富氧气氛下,气体对于火焰热辐射更为重要。在可见光和近红外波段,由于在空气气氛下火焰中碳烟的大量形成,光谱曲线显示出了良好连续性。而富氧气氛下火焰的辐射光谱降低。在中红外波段,空气气氛下火焰的气体辐射明显弱于富氧气氛下火焰的气体辐射。     

1-庚烯/空气的高压层流火焰传播研究

本文使用定容圆柱形燃烧弹,在初始温度373 K和初始压力1、2、5、10 atm的条件下,对当量比从0.7到1.5的1-庚烯/空气混合物的层流火焰传播进行了研究.利用记录的纹影图像处理得到层流火焰传播速度和马克斯坦长度.基于先前报道的1-己烯燃烧反应动力学模型,发展了1-庚烯的模型.该模型验证了本工作测量的1-庚烯层流火焰传播速度数据及文献中的1-庚烯着火延迟时间数据.通过开展敏感性分析和路径分析,帮助理解了1-庚烯在不同压力下的高温化学及其对层流火焰传播的影响.另外,比较了1-庚烯/空气和先前报道的正庚烷/空气的层流火焰传播.由于更强的放热性及反应活性,1-庚烯/空气的层流火焰传播速度在绝大多数条件下均快于正庚烷/空气的结果.