基于谱色测温的航空煤油池火焰温度分布实验研究

火焰温度是表征燃料燃烧特性的基本热力参数.根据谱色测温的线性发射率假设模型,结合三基色的光谱响应函数,对直径分别为0.15、0.20、0.30和0.60 m航空煤油池火焰温度分布进行实验研究,给出了火焰温度在轴向垂直高度上的连续分布规律,对比分析了不同直径油池火焰平均温度.结果表明,燃料表面区域温度相对较低,在连续火焰区上部,随着高度的增加火焰温度上升,在火焰上部的间歇区,火焰温度在轴向高度上的变化比较紊乱,弥散程度较大;不同直径油池火焰平均温度分布在1 180～1 220 K,随着油池直径的增大,火焰平均温度有所上升.     

基于深度学习的乙烯层流扩散火焰温度和碳烟体积分数分布重建

利用高光谱仪对乙烯层流扩散火焰进行测量,选用多层感知器神经网络预测温度和碳烟体积分数分布,评估了模型的预测和抗噪能力,讨论了不同高度和燃料流量的火焰中温度和碳烟体积分数的分布情况.结果表明,神经网络能较为准确地重建实验火焰的温度和碳烟体积分数,并具有较强的抗噪能力;随着火焰高度的增加,碳烟体积分数峰值从两翼移向中心区域...     

斜坡受限条件下燃烧室内及开口外部溢流的温度场分布特性

建立了建筑外壁面开口火溢流行为的小尺寸模拟实验装置,采用汽油池火作为模拟火源,研究了15,cm、25,cm和35,cm共3种典型不同尺寸的油池火在0°、45°、60°和75°共4种不同斜坡受限角度下的燃烧室内及开口外部溢流的温度场分布特性.研究结果表明,随着斜坡角度的增大,对于较小尺寸的火源(15,cm),燃烧室内一直处于较完全的燃烧状况,燃烧室内及开口外部溢流的温度场变化较小;对于较大尺寸的火源(35,cm),在斜坡角度为0°时燃烧室内便发生不完全燃烧,有大量的火焰溢出,开口外部溢流温度场一直较高且变化小;而对于中等尺寸的火源(25,cm),斜坡角度的影响明显,燃烧室内由于供氧的限制从较充分的燃烧过渡为不完全燃烧,室内中心线及靠近窗口的角落温度降低,但燃烧室后端内侧角度的温度则不断升高,外部火溢流的高度和温度均出现显著增加.当发生火焰溢出时,近壁面处溢流的竖向分布呈现特殊的中部低温区域.     

旋流对同轴富氧扩散燃烧NOx排放的影响

对30%～40%的氧浓度下甲烷富氧空气同轴扩散燃烧的火焰形态、可见火焰高度、燃烧特性以及NOx排放进行了实验测量,研究了旋流数对NOx排放控制的影响.结果显示,随着旋流数的增加,火焰高度略有升高,火焰发光由白色逐渐变为橙黄色;最高火焰温度逐渐降低,温度分布也变得平坦;NOx排放指数随旋流数的增加而降低,氧浓度越高,其下降幅度越大.保持其他条件不变,增加氧化剂流速可以增强旋流对燃烧特性及NOx排放的影响.     

模型燃烧室壁面与火焰温度光学测量方法研究

为研究燃气轮机燃烧室壁面温度与火焰燃烧的关系,实验研究了模型燃烧室壁面温度发生改变前后火焰的燃烧特性.采用磷光测温技术对壁面温度进行测量,利用辐射层析技术结合双色测温法对火焰的三维结构及温度场进行了重建.实验时壁面温度在200℃附近,火焰的温度范围是1 500～2 000 K.实验结果表明:当气流冲击壁面时,壁面温度发...     

海拔对柴油喷雾和附壁燃烧过程的影响

随着海拔升高,缸内气体密度减小,喷雾液相长度增加,高海拔环境下液态喷雾油滴会直接撞击活塞表面,形成柴油的附壁燃烧.结合具体的发动机参数,利用定容燃烧弹模拟发动机缸内喷雾和燃烧过程,通过高速摄像研究海拔对喷雾撞壁和燃油附壁燃烧过程的影响.结果表明:随着海拔升高,3000 m以上会出现较明显的液态燃油撞壁,并发生燃油的附壁着火燃烧;海拔越高,附壁油雾面积越大,滞燃期越长,着火核心距离壁面越近.燃烧前期,在低海拔下,温度较低的壁面主要对碳烟氧化阶段起到了冷却作用;而在高海拔下,此冷却效果主要作用于滞燃期之前的蒸发和焰前反应过程.燃烧中期,壁面被喷雾火焰加热,冷却作用减弱;低海拔环境下的喷雾和燃烧过程在壁面附近不再形成低温碳烟层;高海拔环境下的喷雾过程则由于壁面附近的过浓混合气燃烧产生大量低温低亮度碳烟,且海拔越高,低亮度碳烟层越厚.燃烧后期,海拔的升高会导致壁面附近火焰的厚度和铺展范围增加,燃烧放热重心后移,对柴油机做功和热效率产生不利影响.     

贫预混预蒸发燃烧室的火焰结构及污染物排放

为研究航空煤油贫预混预蒸发(LPP)燃烧室火焰结构及污染物排放特性,设计了贫预混预蒸发燃烧实验平台,通过平面激光诱导荧光(PLIF)测量火焰结构,利用气体分析仪完成了排放特性测量研究.实验结果表明,LPP火焰呈现V型分布,随着当量比的增加,火焰长度变长,燃烧反应区域不断加大.当入口轴向流速恒定,随着当量比从0.43增加到0.60,NO_x排放缓慢增加,而当量比大于0.60后,NO_x排放迅速增加,而CO排放受当量比影响较小.在此基础上,研究了入口预热空气温度对污染物排放的影响.发现随着预热空气温度的升高,NO_x排放会不断升高,但预热空气温度的升高对CO的排放影响较小.     

液化石油气层流燃烧火焰特性分析

应用实验测试的方法对常温常压下不同配比的液化石油气/空气的燃烧特性进行研究,获得了水平管内火焰传播速度、火焰中心温度、火焰高度等随着液化气体积分数的变化规律。结果表明:火焰传播速度随着液化石油气体积分数的增大先增大后减小,最大值出现在体积分数为2. 78%处,即当量比为0. 98;不同燃烧方式火焰中心温度沿高度方向变化规律不同,扩散火焰的温度分布均匀;半预混火焰温度沿高度方向先上升后下降;全预混火焰中心温度随火焰高度的增加而下降;火焰高度随着液化石油气体积分数变化而变化,在当量比小于1时,火焰高度随着液化石油气体积分数的减小而降低,当接近化学当量比时达到最低;当量比大于1后,随着液化石油气体积分数减小,火焰高度增加。     

燃用准东煤电站锅炉炉膛温度场分布及结渣特性试验研究

在掺烧准东煤电站锅炉试验中,通过改变SOFA风率和准东煤掺烧比,研究了SOFA风率和掺烧比对膛内火焰温度场分布及炉膛内结渣情况的影响。结果表明,一次燃烧区域火焰平均峰值温度随SOFA风率的增加而降低,而二次燃烧区域火焰平均峰值温度炉膛和烟气出口温度随SOFA风率的增加而升高。随着准东煤掺烧比增大,主燃烧区域温度升高,而在燃尽风区域火焰平均峰值温度则降低。SOFA风率最大时燃烧器中部区域结渣情况最为严重,而随着SOFA风率的减小,燃尽风上方区域的结渣情况越来越严重。随着掺烧比的增大,燃烧器中部区域和燃尽风上方区域的结渣情况均变得严重。里层渣样出现钠钙长石和赤铁矿的富集,随着结渣的发展,渣样中碱金属含量逐渐降低。     

活化热氛围中CO2体积分数对喷射起升火焰自燃及碳烟排放特性的影响

研究了可控活化热氛围协流中CO2体积分数对中央喷射液体燃料起升火焰的自燃及碳烟排放特性的影响.结果表明,协流中加入少量的CO2时,协流温度基本保持不变,但起升火焰的自燃受到抑制;随着CO2含量的增加,滞燃期延长而喷射火焰起升高度增加;存在一个温度值拐点,在拐点两侧,滞燃期对协流温度的敏感性截然不同;随着协流中CO2含量的增加,拐点温度值升高.碳烟排放结果表明,随着协流温度下降和协流中CO2体积分数的增加,碳烟排放呈下降趋势.碳烟排放的增加与喷射火焰的起升高度有密切的关系,随着起升高度降低,碳烟排放的增长趋势加强.     

小尺度乙醇扩散火焰及管壁温度场的实验研究

用不同的小尺度陶瓷圆管作为燃烧器,对液体乙醇在空气中的扩散火焰燃烧进行了实验研究.分析了火焰燃烧的三种不同的特性以及燃烧区域,考察了影响火焰高度与宽度的相关因素,并分析了燃烧时管壁的温度场.结果表明:稳定燃烧时火焰的高度与宽度均随流量的增大而线性增加,并随着内径的减小而减小.随着内径的减小,淬熄流量减小,振荡流量减小,稳定燃烧范围减小.同一流量下,管壁的温度以管口为基点呈指数规律递减.     

柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响

通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5~6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2200 K的区域约占60%,柴油温度为20℃的火焰中大于2200 K的区域约占55%,柴油温度为0℃的火焰中大于2200 K的区域约占40%.随着柴油温度的降低,柴油蒸发吸热量增加,局部范围内温度下降,使火焰高温区面积减小,火焰温度总体降低.在燃烧稳定的时期,柴油温度为40、20和0℃时,KL因子大于0.9的碳烟较多的区域分别占60%、50%和40%.随着柴油温度降低,着火滞燃期增加,油、气混合的时间增长,局部空燃比更大,导致KL因子随着柴油温度的降低而减小.     

CH4-O2预混火焰中温度对碳烟纳观结构及形貌的影响

采用热泳取样、高分辨率透射电镜和原子力显微镜,研究了CH4-O2预混火焰中火焰温度对碳烟颗粒纳观结构的影响规律.结果表明,低温火焰中生成的碳烟颗粒的微晶长度短,微晶片层杂乱无序,没有明确的中心,而高温火焰生成的碳烟颗粒的微晶片层明显增大,微晶尺寸变长,边缘更为清晰,有明显的同心片层组织结构.基本粒子平均粒径都随火焰高度(height above burner,HAB)的增加而增加,而随着火焰温度升高而减小.初生碳烟颗粒呈扁平状,随着HAB增加,碳烟颗粒由于生长渐趋成熟,并呈现为球形或椭球形,基本粒子粒径分布变宽且出现双峰分布.     

基于PLIF测试技术的壁面附近火焰OH自由基行为的研究

本研究利用OH-PLIF技术在狭缝火焰实验台上测量不同壁面条件下壁面附近处火焰OH浓度分布情况,分析了贴壁处自由基浓度的变化趋势。实验结果表明,随着壁面温度的升高及两测试板间距的减小,贴壁处的OH浓度下降趋势顺序分别为：不锈钢、硅以及氧化锆陶瓷,这主要是因为不同材料对OH消耗速度不同。对比三种材料的熄火距离,可以发现壁面附近OH浓度下降趋势越快,火焰越不稳定,熄火距离越大。壁面附近的OH浓度下降趋势是决定熄火间距的关键因素。     

基于PLIF技术测试壁面附近处火焰中OH自由基活性分布的研究

利用OH-PLIF技术在狭缝火焰实验台上测量不同壁面条件下壁面附近处火焰中OH浓度分布情况,分析了贴壁处自由基浓度的变化趋势。实验结果表明:随着壁面温度的升高及两测试板间距的减小,贴壁处的OH浓度下降趋势顺序分别为:不锈钢、硅以及氧化锆陶瓷,这主要是因为不同材料对OH消耗速度不同。对比3种材料的熄火间距,可以发现壁面附近OH浓度下降趋势越快,火焰越不稳定,熄火距离越大。壁面附近的OH浓度下降趋势是决定熄火间距的关键因素。     

颗粒状腐蚀产物在水跨临界区域近壁面传质特性的模拟

为研究(超)超临界机组汽水系统中腐蚀产物在跨临界区域内的沉积特性,以Fe3O4颗粒为典型腐蚀产物,采用RANS-DPM方法中SST k-ω湍流模型对腐蚀颗粒在直管内跨临界湍流中近壁面区域的传质特性进行了模拟,分析了颗粒传质随入口温度、热流密度和质量流量的变化规律.结果表明:最高近壁面温度的位置与超临界层的厚度有关;超临界层接近近壁面区域的边界时,近壁面颗粒质量浓度达到峰值;热流密度和质量流量的增加阻碍了颗粒向近壁面传质,而近壁面区域边界上的跨临界现象有利于颗粒向近壁面的传质.     

掺混孔调整对燃气轮机DLN燃烧室性能影响研究

掺混孔是影响燃气轮机燃烧室出口温度分布的重要设计参数.针对多喷嘴DLN燃烧室开展整体数值计算,探讨了掺混孔尺寸调整对燃烧室性能的影响规律.研究表明,减小掺混孔一方面可使进入燃烧室头部的空气量增多,燃烧峰值温度和平均温度显著下降,有利于改善燃烧特性,另一方面削弱了掺混孔射流卷吸效应,使火焰筒金属壁面的高温区范围大幅缩小....     

壁面厚度和材料对微通道内H_2/空气燃烧特性影响的数值模拟

通过数值计算对二维平板微燃烧器内H_2/空气的预混燃烧特性进行研究,讨论了壁面厚度和材料对火焰位置、外壁面温度、燃烧效率、热循环比和散热损失比的影响.结果表明:平板的热导率越高、平板厚度越大,火焰的稳定性就越好,吹熄极限和偏斜极限就越大;平板厚度越大、热导率越高,火焰位置越靠近燃烧器的上游,且平板外壁面温度分布更加均匀,燃烧效率和热循环比更高;燃烧器的散热损失比受到火焰温度的影响,并随着火焰温度的升高而降低,但是当进气速度达到偏斜极限时,燃烧效率和火焰温度开始下降,从而导致燃烧的散热损失比开始急剧下降.     

高炉煤气锅炉富氧助燃的特性研究

以国内某钢铁企业220t/h高炉煤气锅炉为研究对象,利用计算流体力学软件Fluent,简化了几何结构模型,在助燃空气量恒定情况下模拟了3种不同加氧量的高炉煤气锅炉炉内流动及燃烧过程,得到了锅炉炉内速度和温度分布.模拟结果表明:加入氧气后锅炉炉内气流动力场没有受到影响,随着加入氧气量的增加,整个炉膛内烟气温度增加,火焰温度更为集中,高温区减小.在加入的氧气量仅为2000m3/h时,炉内温度增加不明显,当加入氧气量达4000m3/h后,炉内温度增加明显,烟气辐射特性增强,壁面热负荷值也有明显增加.当加入氧气量达到6000m3/h时,炉膛壁面热负荷最大值达到103158W/m2,燃烧器喷口附近温度升高明显,燃烧器喷口附近温度过高有可能会对燃烧器产生烧损.     

当量比对锥形燃烧器火焰稳定位置影响

为了探究当量比对锥形燃烧器头部火焰稳定位置及排放特性的影响,采用数值模拟方法对锥形燃烧 器的流动与燃烧特性进行研究。分析讨论了当量比从0. 54增加至0. 78时燃烧器头部的火焰锋面位置与高 温区温度的变化规律,以及不同当量比下火焰指数、NOx与C0排放量的变化趋势。研究结果表明,速度分布 与回流区特征随当量比升高未见明显变化。随着当量比升高,高温区的最高温度逐渐升高,火焰稳定位置向 燃烧器内部移动。当量比增加至0.66时开始发生回火,继续增加当量比时高温区贴近锥形燃烧器头部壁面 与喷嘴,有烧毁燃烧器的危险。NOx排放量随当量比增大而增大,当量比从0. 54增加至0. 66时,NOx排放量 缓慢增加,当量比继续增加至0.78过程中,NOx排放量迅速增加,NOx排放增加了 32.4倍。C0排放量随当 量比的增大先减小后增大,并在当量比为0.66时达到最小值