介质阻挡体放电对甲烷扩散火焰特性的影响

本文在高频交流激励模式下,采用同轴圆柱构型激励器,开展了介质阻挡体放电对空气/甲烷同轴剪切扩散火焰燃烧特性影响实验研究。激励器敷设在外喷嘴环缝以电离空气,采用纹影系统和B型热电偶分别获取流场形态和火焰温度,激励频率为8 kHz,通过改变气体流量和放电电压,分析了不同工况下射流流场、火焰结构和火焰温度在等离子体作用下的变化规律。结果表明:等离子体气动效应能有效增强射流湍流强度,强化空气/甲烷掺混,增大射流角,并随激励电压提高作用效果逐渐增强,实验中未形成明显扩张流动的初始射流在放电电压30 kV时其射流角最大为23.5°。贫燃条件下等离子体激励会改善火焰形态,增强燃烧稳定性,并在流量较低时缩短火焰长度。此外,富燃火焰下游温度会随着激励强度增大不断升高,而贫燃火焰下游温度变化受上游燃烧强度影响存在升高和降低两种情况。     

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。     

乙烯扩散火焰脉动特性的实验研究

本文用高速摄像机拍摄乙烯扩散火焰图像,探究了空气伴流、O_2/N_2富氧气氛伴流和O_2/CO_2富氧气氛伴流三种情况下的火焰脉动特性。通过对图像处理分析可知,氧化剂伴流会抑制火焰脉动。随着伴流流量的增加,一方面火焰脉动频率增加,最后稳定在某一特定值上;另一方面火焰可见形状波动范围减小。基于上述分析,拟合并给出了伴流流量与脉动频率的关系。     

Soret扩散对合成气层流火焰速度的影响

本文通过包含详细化学反应机理的数值模拟研究了常温常压和高温高压下Soret扩散对成气预混火焰的影响。研究重点是揭示并解释Soret扩散对合成气/空气层流火焰速度的影响。研究结果表明,合成气/空气层流火焰速度的下降主要是由H自由基的Soret扩散导致的,而H₂分子Soret扩散的影响几乎可以忽略不计。这是因为主反应区和H自由基的Soret扩散是强烈耦合的。由于H自由基Soret扩散流量的增强,Soret扩散对燃烧流量的影响会随着初始温度和压力的升高而增强。     

微尺度扩散火焰特性的数值解析

本文以均匀空气流中圆管形成的甲烷射流扩散火焰为对象,用数值解析的方法研究了微尺度扩散火焰的火焰结构和燃烧特性。燃烧反应采用甲烷/空气一步总包反应,喷管壁面采用绝热条件。在Re一定情况下,改变喷口尺寸和喷口流速考察了微扩散火焰的结构和火焰熄灭的尺度效应。数值结果表明,随着喷口直径的增大,微火焰的上方出现回流; Re=12条件下,在喷口直径=0.07 mm时存在熄灭极限;稳定燃烧区的最小发热率约为0.5 W;微尺度条件下,Da数对火焰结构和火焰的熄灭有一定的影响。     

受限湍流射流扩散火焰的PDF模拟

采用k-ε双方程模型和概率密度函数(PDF)相结合的办法,研究受限条件下的湍流射流扩散火焰,着重考虑受限条件下固体壁面、压力梯度等因素对速度场和标量场求解的影响,并在此基础上对两个不同尺寸的受限湍流燃烧场进行计算,分别研究了受限湍流射流扩散火焰的流场结构、火焰结构和火焰形状.最后给出结果,定性分析,并得出结论.     

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。     

可控热氛围下正庚烷液滴流燃烧火焰特性研究

基于超声雾化技术,通过配比不同载气流量和燃料流量制备了四种当量比的正庚烷液滴流,利用Spraytec喷雾粒度分析仪确定其粒径分布,并在可控热氛围下对其稳态火焰特性进行了研究,分析了液滴流贯穿高度、火焰起升高度、火焰高度、火焰宽度等参数的变化规律。结果表明:液滴流燃烧时总体呈淡蓝色预混火焰,但液滴流浓度增大、热氛围温度升高时会产生暗红色尾焰;液滴流贯穿高度、火焰起升高度和火焰宽度都随热氛围温度升高而减小,而火焰高度随热氛围温度先降低后升高,且在高温区随当量比增大而升高;燃料流量增大使液滴流贯穿高度和火焰起升高度降低,使火焰宽度变小;载气流量增大使液滴流贯穿高度减小,使火焰起升高度在高温区减小,在低温区增大。     

湍流条件下煤粉颗粒群着火特性实验研究

本文搭建了平面火焰携带流反应器系统,研究了不同煤粉条件下煤粉颗粒群湍流射流着火特性。实验表明,湍流射流速度下低挥发份煤着火表现出扩散状暗红色火焰形态;随挥发分含量的增大,火焰亮度增加,并且在一定高度处发展为颗粒群群燃着火。随给粉量的增大,着火延迟呈现先减小后增大的趋势,最佳给粉浓度为0.75~1.00 kg/m~3。随粒径的减小,加热速率更快,挥发分大量析出使得火焰亮度增加;并且颗粒间的相互作用增强,更早出现颗粒群的群燃现象。     

液体乙醇微尺度扩散火焰高度的影响因素研究

通过实验研究了微尺度扩散火焰高度的影响因素,结果表明:对液体乙醇微尺度扩散火焰,在稳定燃烧区域,其火焰高度与乙醇流量,燃烧器内径,燃料雷诺数,陶瓷管露出在空气中长度有关。另外,外加电场也对微尺度扩散火焰高度有影响。实验结果为掌握液体燃料微尺度扩散火焰高度的影响因素,提高火焰燃烧稳定性和燃烧效率提供了有益的参考。     

1维非稳腔空间增强探测CARS技术对稳态燃烧场温度的测量

 建立了1维非稳腔空间增强探测CARS实验系统，该系统由光源（YAG激光器、染料激光器）、实验光路和信号采集系统组成。分别测量了空气和化学平衡比为1，甲烷流量为0.7 L/min的甲烷-空气预混火焰中的氮气Q支的CARS实验谱。给出了火焰不同高度处小范围内的温度分布结果，并对实验结果进行了分析，结果表明：预混火焰温度随高度的增加呈下降趋势，测量结果的不确定度优于7%。该技术可用于稳态燃烧场温度的测量。     

入口高度和热流对太阳能热烟囱系统内流动换热的影响

对从太阳能热烟囱系统抽象出的流动和换热模型进行了数值模拟.数值结果表明,随着底部加热热流密度的增加,系统内的空气流量增加;当集热棚高度变化时,流经系统的空气流量和系统出力存在最大值;在本文计算采用的几何和物理条件下,入口高度约为20 m时系统的空气流量取得最大值;系统内部的压力差随着集热棚高度的增加而减小.     

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.     

浮力对矩形射流扩散火焰影响的大涡模拟

本文对浮力作用下的矩形射流扩散燃烧过程进行了三维大涡模拟。数值模拟结果展示了浮力作用下矩形射流扩散火焰的动态弯曲过程,比较分析了射流速度对火焰刚性的影响,发现射流速度越高火焰弯曲程度越小、燃料喷射距离越远。对浮力作用下的水平射流横截面流动分析结果表明,由于流向涡的卷吸作用在局部区域存在逆着浮力方向的流动。     

粗糙表面对非定常冲击射流传热的影响

利用在射流驻点周围设置不同高度的圆环来模拟粗糙表面,进行非定常射流冲击换热的实验研究.非定常射流由一个特殊的质量流量控制装置产生,波形和频率可调.采用高度分别为1 mm,2 mm和3 mm的圆环,研究发现环高h=3 mm时,冲击射流流场发生了实质性的改变.对于流动形态没有发生实质改变的粗糙表面,在稳定射流冲击下,传热特性没有质的变化.然而,非定常射流冲击粗糙表面时,与其冲击光滑平板相比,传热特征有很大不同,传热强化系数总体上是削弱了,随着圆环高度的增加更为明显.     

二元火焰稳定器回流量研究(冷态)

钝体火焰稳定器的回流量是影响火焰稳定性的重要因素,根据射流理论可以导出回流量的表达式。图1中,由于射流的引射作用,流量逐渐增加。假定射流与周围气体的性质及温度相同,不计压缩性,则任意平面a—a上射流的总质量流量为     

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采用焓探针对大气压力下热喷涂等离子体射流的焓和温度进行了测量和计算,研究了氩气流量变化、电流变化和喷涂距离对等离子射流的焓和温度分布的影响。结果表明,氩气流量不变的情况下,随着功率的增加等离子体的焓值和温度增加;电流保持不变时,随着氩气流量的增加等离子体的焓值和温度不断减小,随着距离喷嘴出口轴向距离的增加,等离子体的焓值和温度都大幅度的降低;氩气流量变化对喷枪热效率影响不大,功率增大时,喷枪热效率增加显著,喷枪热效率最高可达到60%。     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明，热量的传递主要是通过热气流对流进行，上游高温气流快速沿轴向流动，径向热量传递较弱；而下游轴向速度降低，热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定，而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响，增大射流速度后，火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加，且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响，随着H₂含量增加，燃料向下游传播距离缩短，CO、NO、CO₂浓度降低，H₂O浓度增加。     

ICP微等离子体射流在快速成形制造中的应用

本文开展了大气压甚高频感应耦合(ICP)微等离子体射流的特性与应用研究.在150 MHz甚高频,功率为90 W条件下获得温度高达上千度的温热等离子体射流,射流长度近3 cm.随着气流量的增加射流将呈现层流到湍流的转变,长度先增后减;而功率对于射流长度的影响存在着一个上限,当等离子体吸收的能量与扩散损失的能量达到平衡时,射流长度将达到最大.利用这种ICP微等离子体射流进行了微尺寸金属铜的快速成形制造,得到了球冠状和柱状铜金属件.在扫描电子显微镜下观察到沉积物表面最小颗粒尺寸远小于铜粉颗粒;X射线衍射结果显示沉积物表面存在弱氧化物峰,这是沉积过程中空气被射流卷入所致.     

沟槽角度对金属表面微射流性质的影响

基于光滑粒子流体动力学方法,数值模拟了冲击加载下不同金属表面沟槽微射流现象,重点分析了微射流头部速度及其分布随沟槽角度的变化规律.研究结果发现,喷射系数在沟槽半角为45°附近达到最大,随着角度的增加或减小喷射系数均较小;而最大喷射速度随沟槽角度的增加近似成线性减小变化.详细分析了不同角度沟槽诱发微射流的物质来源变化及其经历的动力学过程,发现随着沟槽夹角增加,射流物质来源由沟槽两侧逐步向沟槽底部过渡,当沟槽半角在45°附近,形成射流的物质在沟槽底部和两侧近似均匀分布.