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...     

微通道内甲烷/氢气/氧气预混合火焰传播特性

在石英玻璃微圆管内,进行甲烷/氢气/氧气预混合火焰传播的实验研究,分析了管径、掺氢比、当量比及入口流速对火焰传播状态和稳定火焰位置的影响规律.结果表明:实验观测到的微火焰主要有管外射流火焰、脉动火焰、稳定火焰与反复熄燃火焰;随着管径增加,稳定火焰出现在更高当量比情况下,火焰位置更靠近燃烧室入口;掺氢比越高,形成稳定火焰对应的当量比越高,火焰位置更接近出口;高当量比时,稳定火焰仅在低入口流速下能够获得,随着当量比降低,火焰能在较高入口流速下稳定;低流速下,稳定火焰在当量比为1.85～1.925时更接近燃烧室入口,随着流速增加,火焰位置更接近出口;反复熄燃火焰在管径增加时对应的当量比维持在1.79～1.93,在掺氢比增加时对应的当量比为1.79～2.12.     

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．     

掺混氢气对甲烷/空气一维层流火焰的影响

当前社会对燃气的需求量巨大,通过可再生能源产生的氢气可以作为供给终端用户的燃料,但由于修建纯氢气的输运管道存在投资成本较高的问题,因此,通常选择将氢气掺入天然气管道进行输送应用。使用Chemkin-Pro软件对甲烷掺氢层流预混燃烧进行模拟,从化学动力学的角度探究掺混氢气对火焰的影响。结果表明：随着氢气比例的提高,火焰温度提高,但幅度不大,而当量比对燃烧温度的影响相对更大。掺氢后CO浓度的减少是因为甲烷的含量减少,掺混氢气后火焰燃烧速度增加。研究成果可为氢气掺混天然气的应用提供一定参考。     

臭氧对CH4/空气稀混合气滞燃期影响规律研究

为提高气体机稀薄燃烧时的燃烧性能,解决天然气发动机在稀薄燃烧情况下点火能量高以及火焰传播速度慢的问题,提出利用强氧化性的臭氧对燃料进行改质,进而提高天然气燃烧性能的思路。通过Chemkin软件研究臭氧添加对甲烷滞燃期的影响,并对改善燃烧的化学机理进行了初步探索。试验结果表明添加臭氧后,某些重要基元反应的温度敏感性、自由基和中间物质的浓度和出现时间发生较大变化,进而改善了甲烷的点火特性。     

臭氧对天然气HCCI发动机燃烧影响的数值研究

HCCI(均质充量压燃)发动机的燃烧过程主要是受到燃料本身的化学反应动力学控制,因此改变燃料的化学性质能够有效地控制HCCI发动机的燃烧过程。由于天然气不易压燃的化学特性,所以天然气HCCI发动机低负荷运行时,会因燃烧反应速率过慢而出现火焰温度低、燃烧不充分甚至"失火"等现象。本研究中,通过耦合详细介绍天然气和臭氧(O3)的燃烧反应机理,并结合HCCI单区模型,模拟计算了进气道添加O3对天然气HCCI发动机燃烧相位的影响并进行化学反应路径分析。通过模拟计算与试验结果对比得出:进气道中添加10~40 ppm的O3可以改变天然气的燃烧反应路径,实现对天然气HCCI发动机燃烧相位的控制。低浓度的O3能有效地改变天然气低温燃烧时的燃烧相位并提高缸内燃烧压力,拓宽天然气HCCI发动机低负荷工况范围。     

浓度梯度对T型管中爆轰波传播特性的影响

针对爆轰波在浓度梯度作用下衍射、熄爆到再起爆过程,基于开源软件OpenFOAM研究了两种不同混合气在3种不同浓度梯度下流场特征.结果表明:随着浓度梯度增大,横向爆轰波强度会减弱,爆轰波更易解耦.前导激波与浓度梯度相互作用会使爆轰波面发生弯曲,并且改变横向爆轰波和马赫杆的传播过程.对于稳定气体(H2/O2/Ar),爆轰波...     

微通道壁面加热对甲烷空气预混火焰传播特性的影响

对于甲烷和空气预混合气在矩形微燃烧室内的燃烧过程,采用加热片加热,对比分析了在外部加热时,有无隔板对燃烧稳定性的影响,并分析了不同加热温度下隔板式燃烧室内火焰传播特性。实验结果表示,随着加热温度的提升,隔板型燃烧室稳定燃烧区域不断增大;加热温度高于600K,隔板型燃烧室的火焰吹熄极限有明显改善;高温加热利于提高隔板型燃烧室在较大流量情况下燃烧的稳定性。相较于单通道燃烧室,外部加热对隔板型燃烧室燃烧稳定性的改善更加明显。     

不同预燃室结构对甲烷湍流射流点火燃烧的影响

基于光学定容燃烧弹试验平台,通过高速纹影摄像系统在相同甲烷燃料初始温度、压力及混合气浓度下,定量分析了不同结构预燃室湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)的燃烧特性,包括火焰传播速度、火焰面积、火焰形态及燃烧压力等参数。研究结果表明,预燃室孔径越小,相同时间内火焰传播得越远,火焰传播速度和火焰面积增长速度越快,燃烧压力峰值越高。随着预燃室孔径减小,着火机理会由射流中带有火焰的火焰点火转变为火焰过孔时熄灭的喷射点火。喷射点火着火时刻延迟,初始火焰速度减慢,但燃烧压力峰值受影响不大。多级加速预燃室压力升高率与压力峰值与单孔预燃室相比变化不大。虽然火焰出口时速度较慢,但是火焰出口时刻提前且速度衰减较弱,因此多级加速预燃室火焰速度在短时间内超过单孔预燃室,并且压力和火焰面积也更早达到最大值。     

初始压力对甲烷-空气预混气体燃烧特性的影响研究

试验采用高速纹影系统和压力传感器对甲烷-空气预混气体定容燃烧特性进行了研究,分析了不同初始压力对火焰传播特性的影响以及定容燃烧弹中压力的变化规律。试验结果表明:随着初始压力的增加,火焰的传播速度变化不大,并且有减小的趋势,当初始压力超过0.14 MPa后火焰的燃烧速度会发生突变而增大;初始压力的变化对定容燃烧弹中燃烧压力的影响十分显著,当初始压力为0.10 MPa时,最大燃烧压力Pmax=0.703MPa;而在初始压力为0.16 MPa时,最大燃烧压力Pmax=1.42 MPa;随着初始压力的增加,火焰变得愈发的不稳定。     

喷雾爆震起爆过程实验观察

实验测量了爆震室内不同轴向位置的压力和离子信号的演变过程,并利用高速阴影系统直接观察了透明方形管道内汽油/空气两相混合物动态填充过程中,弱火花点火后火焰加速传播、火焰与障碍物的相互作用、激波的出现、热点形成、爆燃向爆震转变、爆震波在障碍物管道中和光滑管道中的传播过程,分析影响爆震波传播速度的关键因素,用烟膜板记录了起爆区的胞格结构.     

The flame propagation characteristics and detonation parameters of ammonia/oxygen in a large-scale horizontal tube: As a carbon-free fuel and hydrogen-energy carrier

As a carbon-free fuel and a hydrogen-energy carrier, ammonia is a potential candidate for future energy utilization. Therefore, in order to promote the application of ammonia in detonation engines and to evaluate the safety of ammonia related industrial process, DDT experiments for ammonia/oxygen mixtures with different ERs were carried out in a large-scale horizontal tube. Moreover, pressure transducers and self-developed temperature sensors were applied to record the overpressure and the instantaneous flame temperature during DDT process. The results show that the DDT process in ammonia/oxygen mixtures contains four stages: Slow propagation stage, Flame and pressure wave acceleration stage, Fast propagation and detonation wave formation stage, Detonation wave self-sustained propagation stage. For stoichiometric ammonia/oxygen mixtures, flame front and the leading shock wave propagate one after another with different velocity, until they closely coupled and propagated together with one steady velocity. At the same time, it is found that an interesting retonation wave propagates backward. The peak overpressure, detonation velocity, and flame temperature of the self-sustained detonation are 2 MPa, 2000 m/s and 3500 K, respectively. With the ER increased from 0.6 to 1.6, the detonation velocities and peak overpressures ranged from 2310 m/s to 2480 m/s and 25.6 bar–28.7 bar, respectively. In addition, the detonation parameters of ammonia were compared with those of methane and hydrogen to evaluate the detonation performance and destructiveness of ammonia.     

Experimental study on premixed hydrogen/air and hydrogen–methane/air mixtures explosion in 90 degree bend pipeline

Nowadays, hydrogen is being utilized massively in industries as a clean fuel. Displacing of hydrogen due to unique chemical and physical properties has adversely affect on pipeline network, hence increases the potential risk of explosion. This study was carried out to determine the flame propagation of hydrogen/air and hydrogen–methane/air mixtures in pipeline. A 90° pipeline with L/D ratio of 40 was used. Pure hydrogen/air mixture with equivalence ratio, φ = 0.13, 0.17, 0.2, 0.24, 0.27 and 0.30 were used in this work. Different composition of hydrogen–methane–air mixtures were tested in this study i.e. 3%H₂ + 97CH₄, 4%H₂ + 96CH₄, 6%H₂ + 94CH₄ and 8%H₂ + 92CH₄. All mixtures were operated at ambient condition. The results show that bending is the critical part of pipeline and higher concentration of hydrogen can affect on maximum overpressure, flame speed and temperature rise of both pure hydrogen/air and methane-hydrogen/air mixtures.