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。     

甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性试验和数值模拟研究

利用高速纹影摄像法在定容燃烧弹内研究了不同初始压力、初始温度、当量比和甲烷含量条件下甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性,得到了马克斯坦常数和层流火焰燃烧速率等数据,并进行了化学特性分析。研究结果表明:层流火焰燃烧速率随初始压力的增加而减小,随着初始温度的增加而增加,最大值在当量比约为1.1取得,甲烷含量增加层流火焰速率略微减小;马克斯坦常数随初始压力的增加而减小,随着当量比的增加而增加;数值模拟得到的一维自由传播火焰的层流火焰速率与试验结果吻合良好。     

高温高压下二甲醚—空气预混层流燃烧特性研究

在定容燃烧弹内研究了初始压力为0.5 MPa时,不同初始温度和燃空当量比下二甲醚-空气混合气预混层流火焰的层流燃烧速率和马克斯坦长度,分析了火焰拉伸对火焰传播速率的影响.基于容弹燃烧的双区模型计算了预混层流燃烧的燃烧特性参数.结果表明:随着初始温度的增加,二甲醚-空气预混合气的无拉伸火焰传播速率和无拉伸层流燃烧率增加;对于给定的初始温度,在化学当量比偏浓混合气一侧存在一个层流燃烧速度的峰值;随初始温度和当最比增加,马克斯坦长度值减小,火焰前锋面的不稳定性增加;最大燃烧压力随初始温度的增加而下降,压力升高率随初始温度的增加而降低.     

初始温度/压力对天然气层流燃烧速率的影响

在定容燃烧弹内利用高速纹影摄像法研究了不同初始温度和初始压力下不同当量比的天然气-空气混合气的火焰传播过程,并结合火焰传播照片分析了初始压力和初始温度对混合气层流燃烧速率的影响.研究表明,天然气-空气混合气的无拉伸火焰传播速率和无拉伸层流燃烧速率随当量比的增加先增大后减小,且最大值出现在化学当量比附近.火焰传播速率和层流燃烧速率均随着初始压力的升高而降低,随着初始温度的升高而提高.     

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.     

二甲醚-空气混合气层流燃烧速度的测定

在定容燃烧弹中利用高速纹影摄像法系统地研究了不同燃空当量比和初始压力下二甲醚-空气混合气的层流燃烧特性.利用球形扩散火焰理论分析纹影照片,获得了不同初始压力和当量比下的二甲醚-空气混合气层流燃烧速率.结果表明：随着初始压力的增大,层流燃烧速率显著减小,层流燃烧速率的峰值向浓混合气侧偏移.拉伸层流燃烧速率随拉伸率的增加而增加,拉伸层流质量燃烧速率随拉伸率的增加而减小.根据球形扩散火焰模型得到混合气的马克斯坦长度值表明：在各初始压力下,随着当量比的增加,二甲醚-空气混合气的马克斯坦长度值逐渐减小,火焰前锋面的不稳定性增加.     

二甲醚火焰传播速度的实验研究

用对冲火焰法测量了二甲醚的层流火焰传播速度．在室温和常压下得到了当量比为0．76～1．76的火焰速度,并与文献中其他方法测量得到的结果进行了比较,表明本实验所得二甲醚的火焰传播速度相对更为合理．实验得到二甲醚的火焰传播速度最大值约为54cm／s．     

1-戊烯层流火焰传播速度的测量

1-戊烯是国产93号汽油的重要烯烃组成成分,通过定容弹燃烧实验系统测量了1-戊烯在初始压力0.1,MPa和0.3,MPa,初始温度350,K和450,K、当量比从0.5~1.6的层流火焰传播速度,结果表明初始压力的升高对1-戊烯的层流火焰传播速度有抑制作用;而初始温度的升高则对其有促进作用;随着当量比的增大,层流火焰传播速度先增大,在当量比为1.1处取得最大值,而后随之下降.对比1-戊烯反应机理计算结果发现,机理计算结果无法较好地与实验结果吻合,并且机理过于庞大,无法应用于实际CFD计算.     

湍流条件下高当量比合成气着火实验研究

为了研究高当量比合成气着火极限条件下初始湍流环境对火焰初始发展阶段的影响规律,在湍流定容燃烧实验装置中开展了常温、常压条件下50%CO/50%H2合成气相关湍流燃烧实验,并研究了火焰等效半径和火焰传播速度变化的规律及影响因素.研究结果表明:在本文实验条件下层流环境中,火焰传播速度呈现先减小后增加的趋势,并且随着当量比的增加而逐渐减小,合成气着火极限当量比为5.8;在高当量比混合气条件下,初始湍流强度的增加可以拓宽可燃混合气的着火极限;在高当量比着火极限条件下,火焰等效半径随着湍流强度增大而增加,火焰传播速度随着湍流强度的增加而增大,同一湍流强度环境中,火焰传播速度总体呈现出先减小后增大的趋势.     

生物质燃气预混层流燃烧特性的实验研究

在密闭燃烧容器中对常温、常压环境下的生物质燃气预混层流燃烧特性进行了实验研究,研究了不同燃气组分、不同当量比对生物质燃气预混层流火焰传播速度、火焰表面拉伸率和层流燃烧速度的影响规律。研究结果表明:发酵法制取的生物质燃气中甲烷含量越高,其层流火焰传播速度就越快;相同尺寸的火焰锋面上拉伸率越大,层流燃烧速度则越快;随着当量比的增大,层流火焰传播速度、层流燃烧速度呈现出先增大后减小的趋势。     

高温高压条件下乙醇-空气-稀释气预混合气层流燃烧特性研究

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像手段研究了不同初始压力、初始温度、气体稀释度和燃空当量比下乙醇-空气-稀释气预混层流燃烧特性的基础特征参数,如绝热火焰温度、层流燃烧速度、层流燃烧质量流量、层流燃烧火焰厚度和已燃气体Markstein长度。研究结果表明:在给定初始压力、初始温度和气体稀释度的情况下,绝热火焰温度、质量燃烧流量和层流燃烧速度的最大值均出现在当量比1.0～1.1,层流火焰厚度在当量比1.1处取得最小值;已燃气体Markstein长度随当量比的增加呈下降趋势;在给定当量比条件下,绝热火焰温度随初始压力、初始温度的增加而增加,随氮气稀释度的增加而降低;层流燃烧速度随初始压力和氮气稀释度增加而降低,随初始温度增加而增加;层流质量燃烧流量随初始压力和初始温度的增加而增加;随氮气稀释度增加而减小;层流火焰厚度和已燃气体Markstein长度随初始压力和初始温度的增加而减小,随氮气稀释度的增加而增加。     

氮气稀释气对天然气燃烧特性的影响

为获得氮气稀释气对天然气燃烧特性的影响规律,在定容燃烧反应器中对不同当量比与初始压力下天然气的火焰传播特性、燃烧稳定性及燃烧特性进行了试验测试,并分析了氮气稀释度对天然气火焰传播特性、燃烧稳定性及燃烧特性的影响规律。研究结果表明:随着初始压力与氮气稀释度的升高,火焰前锋面将出现细小裂纹,火核逐渐向定容燃烧反应器上部漂移,火焰稳定性变差;随着初始压力的提高,马克斯坦长度明显变短,火焰稳定性变差,无拉伸火焰传播速度与层流燃烧速度明显降低,但最大燃烧压力显著升高。随着当量比的提高,层流燃烧速度与最大燃烧压力出现先增加后降低的趋势,两者的最大值出现在当量比为1.0时。马克斯坦长度随氮气稀释度的增加逐渐变短,表明火焰逐渐趋于不稳定;同时,无拉伸火焰传播速度、层流燃烧速度与最大燃烧压力随氮气稀释度的增加显著降低。     

2-甲基四氢呋喃-空气混合气层流燃烧特性

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统,研究了不同压力和温度下的2-甲基四氢呋喃-空气混合气的球形扩张火焰.使用了非线性方法对试验数据进行处理,最终得到了初始压力为0.1～0.4 MPa、初始温度为373～453 K及当量比为0.7～1.6的无拉伸火焰传播速度、层流燃烧速度和马克斯坦长度等层流燃烧特性,并使用详细反应机理进行了化学动力学分析.2-甲基四氢呋喃的无拉伸火焰传播速率和层流燃烧速度都在当量比为1.1左右达到峰值.随着初始温度的升高和初始压力的降低,无拉伸火焰传播速率和层流燃烧速度有大幅度的提升.使用反应动力学机理得到的计算值与试验值相吻合.在初始压力为0.4 MPa的试验中观测到了火焰面的不稳定现象,大当量比时的马克斯坦长度很小,流体力学不稳定性也随压力上升而大幅度升高.通过化学动力学分析,小分子物质之间的反应对燃烧过程起到了主要影响.燃料消耗最多的路径是通过在2、5号位脱氢,从而在氧化过程中产生了较高含量的乙烯、丙烯等中间产物.     

丙基苯/空气层流燃烧速率的实验研究

利用球形火焰法测量了常压下、温度为353~400K、当量比为0.6~1.4的丙基苯/空气预混气的层流燃烧速率.结果表明,不同初始温度下测得的丙基苯/空气预混物无拉伸层流燃烧速率均在当量比1.1处达到最大值;随着初始温度的升高,丙基苯/空气预混物的拉伸火焰传播速率、无拉伸层流燃烧速率均会增加;并从不同初始温度下的Markstein长度与当量比的变化关系中发现,Markstein长度会随着当量比的增加而减小,在当量比为1.4时出现负值;同时,Markstein长度会随着温度的增加而略微减小.     

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.     

层流预混滞止火焰结构及传播速度实验研究

火焰传播速度反映了火焰和燃料燃烧的基本特性,但火焰传播比较复杂,受流动,传热以及化学反应等众多因素的影响,在实际的系统中,无法得到理想化的平面燃烧波,而利用平面滞止火焰可外推得到零位伸率下的火焰传播速度,即理想层流火焰传播速度。在建立稳定的层流预混滞止火焰的基础上,用激光多普勒仪测定了滞止流动的速度分布,得到了火焰结构的一些特征,并根据同一空燃比下不同位伸率与当地火焰传播速度的关系,获得了理想层流     

乙醇-空气预混层流火焰特性的试验研究

利用纹影高速摄像技术,在定容燃烧弹内试验研究了温度为358~500 K,当量比从0.7到1.4的乙醇—空气预混层流火焰的传播特性。通过研究乙醇—空气火焰传播速度与层流火焰拉伸的关系,获得了乙醇—空气火焰无拉伸层流燃烧速度。结合先前研究结论,总结得出了乙醇—空气层流火焰无拉伸层流燃烧速度的经验公式。通过计算乙醇—空气层流火焰质量燃烧速率,确定了乙醇—空气层流火焰的全局活化温度以及Zeldovich数随混合气当量比的变化关系,并由此提出了乙醇—空气层流火焰燃烧速度的的替代拟合公式。通过比较,发现本研究结论与以前结果很吻合。     

二乙醚-空气预混合气层流燃烧速率测定

在定容燃烧弹内利用高速纹影摄像法系统地研究了不同初始压力、不同初始温度和不同燃空当量比下二乙醚-空气预混合气的层流燃烧特性。利用球形发展火焰分析得到了不同初始压力、不同初始温度和不同燃空当量比下二乙醚-空气预混合气的无拉伸层流火焰燃烧速率、马克斯坦长度等层流燃烧参数。研究结果表明:无拉伸层流火焰燃烧速率随初始温度的增加而增加,随初始压力的增加而降低;马克斯坦长度随着初始温度的增加而减小,随初始压力的增加而减小,随当量比的增加而减小,表明火焰前锋面不稳定性随初始温度和初始压力的增加而增加,随混合气浓度的增加而增加。基于试验数据获得了二乙醚-空气预混合气无拉伸层流燃烧速率的关系式。     

二甲醚／空气预混合气燃烧特性

利用定容燃烧弹研究了不同当量比和初始压力下的二甲醚/空气预混合气的燃烧特性,并基于准维双区模型计算了二甲醚/空气预混合气燃烧特征参数.研究结果表明:在各初始压力条件下,化学计量比附近的混合气压力升高率和混合气质量燃烧速率最大.对于稀混合气和当量比混合气,火焰传播速率随初始压力的降低而增加;而对于浓混合气,火焰传播速率随初始压力的降低而降低.最高燃烧压力出现在化学计量比附近而与初始压力无关.对于给定的当量比,最高燃烧压力随初始压力的增加而明显增加.在化学计量比附近,燃烧持续期和火焰发展期最短且基本上不随初始压力变化.     

微型定容燃烧腔内丙烷/空气火焰传播特性

利用高速摄像的方法,在狭缝间距为2,mm的圆盘状微型定容燃烧装置中考察了常温常压、当量比φ为1.0~1.6静止丙烷/空气预混气中心点火后向外传播的火焰传播特性.结果表明:微型定容燃烧腔内形成的火焰面有光滑、褶皱和断裂3种形态;光滑火焰面的火焰传播速度低于常规尺度下的火焰传播速度;火焰传播速度随着当量比的增加先增大后减小;在点火能量影响范围外,火焰传播速度随半径增大而减小;随当量比的增加火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象.