旋流燃烧器复合小火焰模型的大涡模拟

对低旋燃烧器内的流动和燃烧进行了大涡模拟,其中化学反应分别采用传统的扩散小火焰模型和所提出的复合小火焰模型描述。复合小火焰模型借助于燃烧区索引的概念区分当地的燃烧模式,若当地的燃烧为扩散燃烧,则调用扩散小火焰库,否则调用预混小火焰库。数值结果与实验数据的对比表明,采用大涡模拟方法结合小火焰模型能够很好地模拟实验室尺度的低旋燃烧器,且采用复合小火焰模型能够得到更加符合实际的结果。     

湍流分层燃烧的直接数值模拟和小火焰模型研究

湍流分层燃烧广泛应用于工业燃烧装置,但是目前还比较缺乏适用于湍流分层燃烧的高精度数值模型。本文利用直接数值模拟数据库,对高Karlovitz数分层射流火焰的小火焰模型表现进行了先验性评估。考虑了两种小火焰模型,一种是基于自由传播层流预混火焰的小火焰模型M1,另一种是基于分层对冲小火焰的小火焰模型M2。研究发现M1和M2在c-Z空间的结果与直接数值模拟在定性上是一致的。在物理空间,M2对过程变量反应速率脉动值的预测结果要优于M1.     

湍流预混火焰传播速度的分形模型研究

本文利用激光层析技术和数字图像处理技术,在对Ｒｅｄ＝４３３５～１１１００范围内的Ｂｕｎｓｅｎ式湍流预混火焰热图像序列进行分形分析的基础上,提出了一种基于分形理论的湍流预混火焰传播速度模型,该模型将小尺度涡团在火焰锋面的强化湍流扩散效应归结为对锋面结构的改变上。结果表明：利用该模型预测的火焰传播速度与试验结果基本吻合。     

乙基苯低压预混火焰动力学模型研究

本文报道了我们发展的一个包含176个物种和806个反应的乙基苯火焰模型,用于模拟4.0 kPa压力下的富燃乙基苯火焰（φ=1.90）。结果表明本模型可以很好地预测各种产物及中间体的摩尔分数曲线。通过生成速率分析得到了乙基苯在富燃条件下的反应路径。分析结果显示,乙基苯在富燃条件下的主要分解路径为C₆H₅C₂H₅→C₆H₅CH₂→C₇H₆→C₅H₅4→C₃H₃→C₃H₂,产生的C₃H₂再经过氧化反应序列生成主要产物CO。此外,乙基苯支链上一系列的脱氢/β-断键反应也对乙基苯的分解具有不可忽视的作用。本模型为发展长链芳香烃模型打下了基础,有助于对未来实用燃料和航空替代燃料中长链芳香烃燃烧持性进行预测。     

预混气体燃烧火焰闪烁现象分析

在低速射流的预混火焰和扩散火焰中都存在火焰闪烁现象。对扩散火焰,其机理已比较明确,是由于浮力诱导引起的一种水力学不稳定性。而对预混火焰闪烁现象则存在水力学不稳定性和热驱动不稳定性两种观点。本文根据水力学不不稳定性观点,把预混火焰的闪烁现象看成是包围火焰锋面的已燃混气层中内、外区间在垂直方向上的相对脉动,应用Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ不稳定性机理进行了分析,获得了火焰闪烁频率与重力和压力的关系式,并与已有的结果作了对比。     

甲醇、乙醇富燃层流预混火焰的模拟及试验研究

为了对两个流行的反应动力学机理和一个本组前期发展的修订机理进行全面比较,采用同步辐射真空紫外光电离质谱技术,对甲醇和乙醇富燃((?)=1.4)低压层流预混火焰进行了试验研究。同时采用这三个机理分别对火焰进行了模拟。结果表明,与前两个机理相比,修订机理的预测精度更高,模拟和试验结果为发展甲醇和乙醇的高温氧化模型提供了参考。     

湍流和预混火焰相互作用的实验研究

建立了湍流预混火焰实验系统并实现了驻定火焰。无条件示踪条件下的研究结果表明,火焰区的速度分布呈现 双峰分布,初步证实火焰区湍流度峰值的存在是由于火焰脉动导致速度测值分散,最终由统计得到表观湍流度的增大。条 件示踪测量结果表明,在火焰区反应物来流的湍流度与上游的测值并没有明显的变化,进一步证实了这一结论。     

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。     

非预混旋流火焰中部熄火及重新稳燃机理研究

本文利用5 kHz同步PIV/OH-PLIF实验装置,结合大涡模拟(LES)耦合PDF燃烧模型,系统研究燃料中心喷射下非预混旋流火焰中部熄火及再次稳燃机理,对比了两种旋流器出口结构的影响.结果 表明,LES-PDF模型可以准确地捕捉到旋流流场分布及火焰形态,包括中部熄火及火焰重新稳定.相比于直燃道的结构,扩张燃道的存在...     

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...     

湍流对多孔介质内预混火焰影响的初步研究

当气流速度较大时,多孔介质内预混燃烧的模拟需要考虑湍流的影响,本文利用简化的k-ε双方程湍流反应流模型对多孔介质内的预混火焰进行了数值模拟.结果表明,湍流大大加强了气流的组分和能世扩散,计算得到的火焰传播速度、CO及NO的排放量都与实验值符合得比较好,与层流模型相比,湍流模型能够改善计算结果.     

贫燃料预混燃烧的回火特性研究

回火问题是贫燃料预混燃烧面临的主要问题之一。本文采用计算和实验相结合的方法研究甲烷与富氢合成气贫预混燃烧的回火现象,得到不同燃料、不同稳定方式之间的回火特性。研究结果表明,回火极限可以关联为丕雷数模型,环形稳定器的回火稳定性最好,其次为杆稳定器,旋流稳定器的稳定性最差;环形稳定的甲烷预混火焰的回火过程为边缘稳定,适当加入边缘空气同轴射流后变为中心回火,且同轴射流速度存在最佳范围可以提高回火稳定性。     

预混火焰传递函数的测量与分析

火焰传递函数是理解和控制振荡燃烧的理论基础.本文通过自发化学荧光法测量放热率,双传声器技术获得燃烧器出口的压力和速度脉动,研究了不同雷诺数、当量比和扰动频率下的预混火焰传递函数.结果显示,随着脉动幅值的增加,火焰传递函数将出现由线性到非线性的变化过程.当量比、雷诺数和扰动频率的改变,都会影响火焰传递函数的幅值和相位特性...     

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。     

辐射模型和弥散效应对多孔介质内燃烧影响的数值模拟

本文根据气固两相局部非热平衡假设,建立了甲烷/空气预混气在惰性多孔介质内的一维层流燃烧数学模型。分别采用附加导热、Rossland模型和二通量法模型求解固体能量方程中的辐射源项,研究了热辐射模型和弥散效应对多孔介质内燃烧火焰结构的影响。结果表明,多孔固体表面辐射的影响不可忽略,辐射模型对火焰温度的预测影响显著,而弥散效应对气体温度的分布及反应热影响则较小。     

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％。     

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。