用光学纹影摄影术观察分析定容燃烧室内氢燃料的燃烧过程

论述了采用纹影摄影术和高速摄影法观察分析氢气和空气预混合燃料在定容燃烧室内的火花点火燃烧过程,定性地分析了预混合氢气燃料的火焰形态和变化过程,以及燃烧室内的初始压力和空燃比对火焰传播速度及其燃烧压力的影响,通过采用纹影摄影术方法,初步揭示了预混合氢气燃料在定容燃烧室内燃烧时火焰初期紊流产生的机理,以及由开始的层流状火焰发展到湍流状火焰的过程,研究结果表明,预混合氢气燃料燃烧的火焰传播速度及燃烧压力明显地受燃烧室内的初始压力和空燃比的影响。     

电增压及EGR共同作用下对降低汽油机燃油消耗率的试验研究

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。     

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。     

基于快速压缩机的预燃室式射流点火试验

为分析预燃室式射流点火的燃烧过程,通过全燃烧场可视的快速压缩机(RCM),采用同步压力传感和高速摄影方法,对单孔内置式预燃室进行了变工况试验,并在相同条件下与传统火花点火对比,结果表明:预燃室式射流点火能够大幅促进点火,并加速燃烧.与传统火花点火相比,预燃室式射流点火的滞燃期缩短比例可达40%,以上,且随负荷增加而提高;明显燃烧期比典型火焰传播燃烧可缩短60%,至70%,.火花点火引起的火焰传播速度与负荷无明显关系,而射流火焰发展速度随负荷增加而提高,各负荷下均为火焰传播速度的15倍以上,最高速度超过50,m/s,垂直于射流喷射方向的火焰发展也快于火焰传播.射流火焰在主燃室内由近喷口处的细长火舌和远端由火舌发展而成的类柱状火焰组成.预燃室对其内部的初始火焰发展具有明显促进作用,其内部的平均火焰发展速度高于传统火花点火火焰传播速度的2倍.     

汽油机燃烧过程光纤传象高速摄影技术的研究

本文提出了一种新型的观测研究汽油机燃烧过程的有效方法—光纤传象高速摄影技术。作者采用自行研制的光纤传象内窥光学系统,与高速摄影机配合使用,在汽油机射流燃烧室内成功地拍摄到了射流燃烧室中燃烧过程序列照片,该装置安装、使用方便,只需把内窥摄影物镜拧入燃烧室内,无需改变发动机结构,不必拆卸气缸盖和其它零件。由高速影片上可以清楚地观察到电火花跳火后火焰核心形成及火焰发展传播过程,可以测算出着火延迟,火焰传播速度,燃烧持续时间等参数,为判断和改进燃烧过程提供了可靠的依据。     

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.     

仲丁醇-空气预混层流燃烧速度的研究

基于定容燃烧弹,利用纹影法和球型火焰扩散法研究了不同燃空当量比、环境温度和环境压力下仲丁醇-空气预混层流燃烧速度.通过对仲丁醇-空气拉伸层流火焰传播速度与拉伸率之间关系的分析,获得了无拉伸火焰层流燃烧速度和马克斯坦长度.研究结果表明:随着环境压力的上升,仲丁醇-空气层流燃烧速度降低,马克斯坦长度降低,火焰不稳定性增加;随着环境温度的增加,无拉伸层流燃烧速度增加,马克斯坦长度减小,表明燃烧火焰不稳定性增加;随着燃空当量比的增加,马克斯坦长度减小,火焰不稳定性增加;燃空当量比Φ=1.1左右时,火焰传播速度和无拉伸层流燃烧速度达到最大值.     

汽油—氢混合燃料燃烧的试验研究

在汽油-空气混合气中,添加部分氢气,可扩大混合气的着火界限,提高火焰传播速度,加快稀薄混合气的燃烧速度,从而提高发动机的经济性,改善排放特性。本文探讨了汽油机燃用汽油-氢混合燃料提高经济性和改善排放特性的可能性,介绍了在单缸试验机中,燃用混合燃料,提高热效率和经济性以及降低排放所获得的研究成果。     

甲烷量对模拟煤层气层流燃烧速度的影响

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统研究了常温常压下模拟煤层气中甲烷含量对其层流燃烧速度的影响,得到了在不同当量比下甲烷含量对模拟煤层气层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度的影响规律.结果表明,随着模拟煤层气中甲烷含量的降低,混合气的拉伸层流火焰传播速度、无拉伸层流火焰传播速度在不同的当量比下均减小;化学当量比附近,不同甲烷含量对应的无拉伸层流火焰传播速度之间的差值较大.无拉伸层流火焰燃烧速度随甲烷含量变化的规律与无拉伸层流火焰传播速度变化的规律类似.     

基于可调卫燃带的燃煤锅炉燃烧稳定性分析

介绍了可调卫燃带的技术背景,建立了判断煤粉气流着火稳定性的着火热模型及热平衡模型,在此基础上,详细分析了可调卫燃带对煤粉气流燃烧稳定性的影响。结果表明,煤种和负荷变化时,可调卫燃带能够减小煤粉火焰向水冷壁的辐射传热量,提高燃烧器附近区域内的烟气温度,在低负荷时能够保证人炉煤粉气流具有足够的着火热,使煤粉火焰维持在稳定着火燃烧的热平衡状态。     

Effects of initial pressure and hydrogen concentration on laminar combustion characteristics of diluted natural gas–hydrogen–air mixture

In this study, the experiment study about the laminar burning velocity and the flame stability of CO₂ diluted natural gas–hydrogen–air mixture was conducted in a constant volume combustion vessel by using the high-speed schlieren photography system. The unstretched laminar burning velocity and the Markstein length at different hydrogen fractions, dilution ratios and equivalence ratios and with different initial pressures were obtained. The flame stability was studied by analyzing the Markstein length, the flame thickness, the density ratio and the flame propagation schlieren photos. The results showed that the unstretched laminar burning velocity would be reduced with the increase of the initial pressure and dilution ratio and would be increased with the increase of the hydrogen fraction of the mixture. Meanwhile, the Markstein length would be increased with the increase of the equivalence ratio and the dilution ratio. Slight flaws occurred at the early stage. At a specific equivalence ratio, a higher initial pressure and hydrogen fraction would cause incomplete combustion.     

有序堆积床内预混气体燃烧特性实验研究

为研究预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰燃烧特性,设计了一种新型多孔介质燃烧器,其中多孔介质区域由氧化铝圆柱体有序堆积而成.分别研究了当量比和入口速度对甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰温度分布、火焰最高温度以及火焰传播速度的影响.结果 表明:在当量比0.162～0.324、入口速度0.287～0.860 m/s...     

异丁醇/辛酸甲酯混合燃料预混层流火焰速度的研究

针对生物柴油与醇类混合燃料燃烧机理研究的需求,采用高速纹影光学诊断方法和定容燃烧弹系统试验研究了异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的预混层流燃烧特性。测量了不同当量比和初始压力条件下的不同配比混合燃料—空气预混合气的层流燃烧火焰速度,火焰拉伸率以及马克斯坦长度。分析了燃烧初始条件及异丁醇掺混比例对混合燃料的无拉伸层流燃烧速度及火焰不稳定性的影响规律。结果表明:异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的拉伸层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度随着当量比的增加先增加后减少,随着初始压力的增加而减小;马克斯坦长度随着当量比和初始压力的增加而减小;异丁醇掺混比例的增加加快了层流火焰燃烧速度,但使得火焰的不稳定性倾向增加。     

Measurements of laminar burning velocities and Markstein lengths for methanol-air-nitrogen mixtures at elevated pressures and temperatures

The laminar burning velocities and Markstein lengths for the methanol-air mixtures were measured at different equivalence ratios, elevated initial pressures and temperatures, and dilution ratios by using a constant volume combustion chamber and high-speed schlieren photography system. The influences of these parameters on the laminar burning velocity and Markstein length were analyzed. The results show that the laminar burning velocity of the methanol-air mixture decreases with an increase in initial pressure and increases with an increase in initial temperature. The Markstein length decreases with an increase in initial pressure and initial temperature, and increases with an increase in the dilution ratio. A cellular flame structure is observed at an early stage of flame propagation. The transition point is identified on the curve of flame propagation speed against stretch rate. The reasons for the cellular structure development are also analyzed.     

Effect of initial pressure on flame–shock interaction of hydrogen–air premixed flames

By utilizing a newly designed constant volume combustion bomb (CVCB), turbulent flame combustion phenomena are investigated using hydrogen–air mixture under the initial pressures of 1 bar, 2 bar and 3 bar, including flame acceleration, turbulent flame propagation and flame–shock interaction with pressure oscillations. The results show that the process of flame acceleration through perforated plate can be characterized by three stages: laminar flame, jet flame and turbulent flame. Fast turbulent flame can generate a visible shock wave ahead of the flame front, which is reflected from the end wall of combustion chamber. Subsequently, the velocity of reflected shock wave declines gradually since it is affected by the compression wave formed by flame acceleration. In return, the propagation velocity of turbulent flame front is also influenced. The intense interaction between flame front and reflected shock can be captured by high-speed schlieren photography clearly under different initial pressures. The results show that the propagation velocity of turbulent flame rises with the increase of initial pressure, while the forward shock velocities show no apparent difference. On the other hand, the reflected shock wave decays faster under higher initial pressure conditions due to the faster flame propagation. Moreover, the influence of initial pressure on pressure oscillations is also analyzed comprehensively according to the experimental results.     

定容燃烧室有无废气稀释燃烧特性实验研究

研究了甲醇燃料在有、无废气稀释情况下的燃烧特性，采用定容燃烧室进行实验，并利用激光纹影技术和高速摄影机对火焰图像进行可视化，研究了不同燃烧初始压力、不同化学当量比和废气稀释情况下的燃烧时间和火焰传播情况。结果表明，在贫燃料状态，当化学当量比增大时，燃烧时间明显缩短，在废气稀释情况下，燃烧时间延长，在高初始燃烧压力时，火焰传播速度下降更明显。同时，采用图像技术可以获得初始压力变化和废气稀释情况下非常有用的火焰结构信息。实验表明，当燃烧时间较长时，定容燃烧过程要考虑浮升力的影响。     

生物柴油缸内燃烧火焰温度对NOx生成的影响

采用内窥镜高速摄影的方法,拍摄了柴油机燃用不同比例生物柴油-柴油调合燃料燃烧火焰的图像.基于亮度测温法的原理,计算了火焰的温度场分布.根据NOx生成的特点,提出了针对NOx生成的火焰温度评价指标:NOx生成区域的瞬态火焰面积、火焰面积变化速率、火焰面积平均变化速率、温度区域持续期、火焰面积出现效率,分析了评价指标随发动机转速、生物柴油调合比例的变化规律.研究结果表明:随着生物柴油添加比例和转速的增大,燃用B50和B100的NOx生成区域的火焰面积出现时刻和消失时刻提前,提前程度在高转速时较大,区域的峰值不断增大,对应的位置逐渐提前,火焰面积变化速率和火焰面积平均变化速率的峰值均不断增大,出现效率不断增大,持续时间逐渐缩短,这说明随着生物柴油调合比例的增大,缸内出现了有利于NOx生成的环境.     

Effect of initial pressure,temperature and equivalence ratios on laminar combustion characteristics of hydrogen enriched natural gas

In this study, the flame propagation characteristics of premixed natural gas–hydrogen–air mixtures were studied in constant volume combustion bomb by using the high-speed schlieren photography system. The flame radius, laminar flame propagation speed and the flame stretch rate were obtained under different initial pressure, temperature, equivalence ratios and hydrogen fractions. Meanwhile, the flame stability and their influencing factors were obtained by analyzing the Markstein length and the flame propagation schlieren photos under various combustion conditions. The results show that the stretched laminar propagation speed increases with the increase of the initial temperature and hydrogen fraction of the mixture, and will decreases with the increase of the initial pressure. Meanwhile, according to the Markstein length and the flame propagation pictures, the flame stability decreases with the increase of the temperature and hydrogen fraction, and the slight flaws occurred at the early stage; at larger flame radius, the flame stability is more sensitive to the variation of the initial temperature and hydrogen fraction than to that of initial pressure and equivalence ratio.     

直喷式柴油机预混燃烧期的研究

分析预混燃烧期是研究柴油机燃烧性能的重要内容。通过从预混燃烧期的基本定义出发,在发动机放热率曲线上拟合出了用以确定预混燃烧期终点的公式。并试验验证了公式对不同燃料的普遍适用性。试验研究表明：相同转速下同种燃料的预混燃烧期随负荷增加而缩短；负荷相同时,转速越高预混燃烧期越长。