微细通道中甲烷与氧气的预混燃烧

对微细通道中甲烷/氧气预混火焰传播性质进行了实验研究．确定了微细通道中不同甲烷浓度下的火焰传播速度,以及混合气体流量与火焰传播速度的关系．结果表明,混合气体流量对火焰传播速度有显著的影响,在微细通道中火焰传播速度的分布趋势与宏观尺度下火焰传播速度的分布趋势基本相同,但在数值上随着流量的不同相差较大．实验证明,在室温条件下,甲烷和氧气预混火焰可以在细管中稳定停留在一点燃烧,并且可以很好地控制其移动;当量比为1．0时火焰传播速度受流量影响最大．     

低气压富氧环境对薄壁材料火焰传播速度的影响

通过模拟高原低气压环境,研究富氧环境下火焰沿薄壁材料表面传播速度的变化情况.研究表明,大气压力不变时,氧气体积分数越大,火焰传播速度越快;氧气体积分数不变时,火焰传播速度随着大气压力的增大而加快;维持氧分压为一定值时,大气压力越大火焰传播速度越小.大气压力为1 01.3 kPa、氧气体积分数分别为20.9%和23%时,火焰沿薄壁材料表面的传播速度为2.47 mm/s和3.01 mm/s,参照此速度得出了在不同大气压力下,火焰传播速度为2.47 mm/s和3.01 mm/s时对应的氧气体积分数.     

材料厚度对火焰向下传播特性的影响

在常重力静止空气环境中对厚度连续变化的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板表面火焰向下传播进行实验研究,分析了材料厚度对火焰传播特性的影响.结果表明,材料厚度增加时,火焰长度和材料热解长度单调增加,而当材料厚度减小时,材料热解长度和火焰长度先增加后减小.在这两种情况下,均存在热薄材料和热厚材料的转变厚度,其值与文献中使用均匀厚度材料得到的实验结果及理论预测一致;材料厚度小于该转变厚度时,火焰传播速度与材料厚度呈反比关系,大于该厚度时,火焰传播速度不随材料厚度变化,这分别符合热薄材料和热厚材料火焰传播速度的理论模型.     

可燃固体颗粒堆中的逆向火焰传播

本研究考察了火焰在可燃固体颗粒堆中的传播过程.选取5 mm直径PMMA小球作为特征可燃物,以氧气和氮气的混合气作为氧化剂,在不同氧浓度和流速条件下对火焰传播速度和固体质量消耗速率进行了测量.研究表明,氧通量是影响火焰传播和质量消耗的主导因素.氧通量保持不变时,增大流速会缩短火焰前锋的气相预热长度,使其传播速度降低;同时...     

单滴碳氢燃料的燃烧特性

建立了单滴燃料燃烧过程的计算模型和数值方法,并用之计算单滴燃料的蒸发和燃烧过程。计算发现,环境空气压力和燃料临界压力相近时,液滴具有最小的燃烧时间,即液滴寿命最短;当环境压力低于燃料临界压力时,燃烧时间随着环境介质压力的增大而降低,这是因为在燃烧期内,气液界面一直存在,气液界面间的相平衡控制着蒸发速率,进而控制着燃烧时间;环境空气压力高于燃料临界压力时,着火点液滴表面很快变为超临界状态,其后不存在相变过程,燃料的燃烧速率主要受控于燃料和氧气的扩散速率。由于扩散系数几乎与压力成反比,所以,随着压力增高,燃料从高浓度区向火焰区域扩散的速度减小,使燃烧时间变长。     

亚/超临界环境下燃料的喷雾燃烧特性研究

采用高温高压定容燃烧弹系统对亚/超临界环境下燃料在纯氧中的喷射燃烧现象进行试验研究,通过高速相机和阴影法进行燃烧图像信息的采集,研究在相同的超临界温度下,正己烷和乙醚两种燃料喷射燃烧火焰特性随环境压力和喷油脉宽的改变而呈现的差异性。试验结果表明:在亚临界压力下,两种燃料在不同喷油脉宽下的燃烧时间均随着环境压力的升高而升高,火焰发展后期基本保持较为稳定的形态和亮度,符合传统的喷射燃烧过程。正己烷在临界压力点下火焰长度最短,形态较为规则;超临界压力下,火焰形态有稳定趋势但仍有轻微波动,且火焰长度略短于亚临界;喷油脉宽改变时,燃烧时间在临界压力附近呈现出不同的趋势。乙醚的燃烧时间随压力的升高而增大,在临界压力处达到最大值,后随着压力的继续升高而下降,不同压力条件下火焰形态略有差别。燃烧现象存在差异性主要是由于亚/超临界坏境下燃料的物性参数和破碎蒸发机理不同。     

热厚材料表面的近极限火焰传播特性

利用窄通道实验系统对低速气流中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板表面逆风传播火焰的熄灭极限和传播速度进行了研究,主要实验参数为气流速度(≤10,cm/s)和氧气体积分数(≤50%,).实验发现,当气流速度和氧气体积分数接近火焰熄灭边界时,连续火焰分裂成为独立的、可稳定传播的小火焰,该现象的存在使材料的可燃范围扩大到连续火焰边界之外.分析表明,经典的热区火焰传播理论不能很好地预测火焰在低速流动中的传播速度,其偏差随着气流速度和氧气体积分数的减小而增大.     

封闭矩形直管内的天然气/空气预混火焰传播

采用高速-纹影摄像和压力测试技术,对不同当量比的天然气/空气预混火焰结构、传播速度特性以及压力特性开展了实验研究.分析了预混火焰传播过程及Tulip火焰形成机理,并与同等条件下甲烷/空气预混燃烧过程进行了对比.结果表明,当量比对预混火焰传播有重要影响,直接表现在火焰结构变化、形状演化和传播速度等方面;Tulip火焰的形成伴随着火焰传播速度的骤降;二元可燃气体中加入活性较强的气体组分,将加快火焰传播速度,危险性更大.     

玉米粉火焰在开口垂直管道中的传播

以对粉尘云状态参数的定量测定为基础,对玉米粉尘火焰在开口垂直管道中向上传播的过程进行了实验研究.在情形A中,火焰从管道的封闭端向开口端传播,在情形B中,从开口端向封闭端传播.实验中,观察到两种粉尘火焰,即湍流火焰和层流火焰,火焰形态转变对应的点火延迟时间约等于1.1 s,即粉尘云湍流运动强度为10cm/s.情形A中,层流火焰的传播出现周期性振荡现象,湍流火焰在传播过程中不断加速;情形B中,两种火焰都匀速传播,湍流火焰传播速度明显大于层流火焰.在所考察的实验条件下,粉尘浓度对于玉米粉尘火焰传播速度的影响不大.     

锆粉尘云的火焰传播特性

使用高速摄影、超细热电偶和纹影技术,对方形开口管道中锆粉尘云火焰传播特性进行了实验研究.锆粉尘通过压缩空气喷散到管道中形成粉尘云,随后,锆粉尘云被电火花点燃.实验结果表明,低质量浓度下,火焰传播速度和温度随质量浓度增加而增加.当粉尘云质量浓度为0.627 kg/m3时,火焰传播速度和温度达到最大值,分别为30.41 m/s和1716 K,其后随着质量浓度的继续增加,火焰传播速度和温度开始略微下降.锆粉尘云中粒子与空气形成气-固表面燃烧体系,一些粒子在燃烧结束前发生微爆.预热区厚度在0.39～2.52 cm,随粉尘云质量浓度的增加先减小后增加.     

二甲醚及癸烷层流火焰传播速度动力学模拟

燃料的火焰传播速度对燃烧,尤其在火焰传播、火焰驻定等方面具有重要影响。采用文献报道的详细机理进行计算,对可再生生物燃料二甲醚以及煤油的替代燃料癸烷的层流火焰传播速度进行数值模拟研究,分析了不同当量比、温度、压力对二甲醚和癸烷的层流火焰传播速度的影响,得到了包含温度、压力、当量比影响的火焰传播速度计算的经验关系式。结果表明,两种燃料的层流火焰传播速度均在当量比空间上近似呈现出抛物型分布,并均在1.1附近达到最大值;随着温度的增加而增大,且温度越高越敏感;随着压力的增加而减小,呈现出反比的关系。与文献中的实验结果对比表明,本文得到的经验公式可以在一定温度和压力范围内较准确的预测层流火焰传播速度。     

管道截面突缩对爆轰波起爆特性的影响

为研究管道截面突缩对爆轰波起爆特性的影响,在突缩比为5:3的截面突缩管道及直管内对不同初始压力下甲烷氧气预混气体的起爆特性进行了实验研究,利用离子探针获得管道内火焰传播速度,并通过二维数值模拟探究了3种不同突缩比的截面突缩管道内火焰及压力的传播特性.实验结果表明,截面突缩管道内爆轰波起爆距离随着初始压力的降低而逐渐增加...     

初始压力对氢-空气预混诱导湍流燃烧的影响

在顶置点火定容燃烧弹内加入一个网孔板,采用纹影法和压力采集系统,研究不同初始压力下氢气-空气预混合气穿过网孔时的火焰传播特性以及压力特性.结果表明:火焰通过网孔板时产生射流,网孔间火焰相互干涉,火焰前锋面积增加,诱导成湍流燃烧;相对于未添加网孔板而言,最大燃烧压力值几乎不变,达到最大压力的时刻提前,燃烧持续期缩短;火焰穿过网孔板后,传播速度提高,压力升高率增加;随着初始压力的增加,添加网孔板后的燃烧持续期变化率先增大后减小,在初始压力为0.10,MPa时达到最大值.     

氢气和水蒸气对甲烷/空气层流火焰传播速度的影响

为了较为系统地认识氢气和水蒸气对火焰传播的影响，应用CHEMKIN-Ⅱ程序计算了甲烷/空气层流预混火焰传播速度，并就水蒸气和氢气对火焰传播速度的影响做了定量计算与分析．结果表明：氢气能使火焰传播速度大幅提高，且当初始温度升高时，氢气对火焰传播速度的提高作用增大；水蒸气的加入会使甲烷/空气层流预混火焰传播速度降低，并且在空气过量时燃料越少其影响越弱；当氢气和水蒸气同时加入预混气时，水蒸气的加入会使氢气对火焰传播速度的提高作用减弱．     

掺氢对微尺度空间内预混层流火焰转捩爆燃特性的影响

针对基于燃烧的微小型动力装置存在燃烧效率低、火焰传播速度慢的问题,设计了一个可视化的、特征间距仅为0.45 mm的微尺度定容燃烧室,实验比较了0～1的掺氢比例下,丙烷/氢气/空气预混火焰在该燃烧室内的传播以及加速过程.实验发现没有掺氢时,丙烷/空气预混火焰需要在0.25 MPa初始压力下才能够传播;当掺氢比例为0.2时...     

水分变化对固定床内模拟城市固体垃圾燃烧的影响

实验研究了焚烧过程中固定床内温度、烟气成分浓度、火焰传播速度和质量燃烧速率的变化规律.实验结果表明:在物料燃烧稳定阶段,火焰传播速度几乎是恒定的,并且随着水分含量的增加,质量燃烧速率和火焰传播速度降低;NO的浓度变化曲线一般存在两个峰值;水分较高物料燃烧时,CO和NO的平均排放浓度较低;火焰的长度与水分含量成反比.     

发动机缸内自燃着火与火焰传播的调控

在一台轻型光学发动机上对比了部分预混压燃(PPC)和燃料活性控制压燃(RCCI)两种燃烧模式的着火及燃烧发展过程,并分别探究了不同喷射策略对两种燃烧方式的影响.研究发现,对于PPC燃烧模式,混合气浓度分层越小,燃烧过程中自燃占比越高;混合气浓度分层越大,燃烧过程中火焰传播占比越高.对于RCCI燃烧模式,缸内直喷高活性燃料比例较高时,燃烧是从高活性区到低活性区分阶段顺序自燃;缸内直喷高活性燃料比例较低时,燃烧是火焰传播与自燃共同主导的过程.从而阐明了PPC和RCCI相较于均质压燃(HCCI)能够实现更高负荷高效清洁燃烧的本质是,燃烧发展历程从单纯的多点自燃燃烧转变为火焰传播与自燃共存.     

2-甲基呋喃及其与异辛烷掺混燃料燃烧特性的可视化

由于2-甲基呋喃(MF)的喷雾与燃烧特点与汽油类似,其作为替代燃料的潜力受到广泛重视.利用光学发动机和高速摄影技术,结合热力学分析,对MF以及其与异辛烷掺混燃料的湍流火焰传播特性进行了研究.结果表明:与异辛烷相比,MF有更高的燃烧爆发压力和较短的滞燃期,同时其火焰面积扩展速率也高于异辛烷.研究发现火焰传播面积与已燃质量分数(MFB)的2/3次方呈线性关系.MF的湍流火焰传播速度明显大于异辛烷,二者的差别比这两种燃料层流火焰传播速度的差异更加明显.混合气的物理化学特性是影响湍流火焰传播速度的最大因素.     

不同压力下正庚烷火焰传播的实验和模型研究

针对缺乏正庚烷宽压力范围层流火焰传播速度实验测量的问题,利用最新发展的高温高压燃烧弹开展了初始温度为373,K、初始压力为0.1~2.0,MPa、当量比为0.6~1.7的正庚烷球形火焰传播研究.实验结果显示出非常明显的压力依赖效应.利用文献正庚烷动力学模型对正庚烷火焰传播进行了数值模拟,结果表明,文献模型的预测结果在0.1~0.5,MPa下偏高.通过敏感性分析发现,C_0~C_2小分子反应是正庚烷火焰传播中高敏感性的反应,且受初始压力变化的影响显著.通过对文献模型中重要压力依赖型反应的修正,提升了模型对正庚烷变压力层流火焰传播速度的预测能力.     

随机堆积床内过滤燃烧特性的实验研究

本文提出了一种可视化燃烧室,用于对3种尺寸的随机堆积结构开展过滤燃烧实验,该结构分别由直径为5,10,15 mm的氧化铝颗粒堆积而成。通过搭建燃烧平台,研究了不同颗粒直径堆积床中火焰的燃烧波高度、火焰传播速度、火焰温度及排放特性。结果表明：在可燃工况下,颗粒直径5 mm堆积床中火焰最高温度随火焰传播过程减小,火焰传播速度变快;而在颗粒直径10和15 mm堆积床中火焰最高温度随火焰传播过程增大,火焰传播速度变慢。