微小定容腔内喷射正丁烷/空气着火与燃烧特性

利用微小定容腔着火及燃烧试验平台,开展了喷射进气时正丁烷/空气的热着火与燃烧特性研究.结果表明:火焰在热丝表面形成后向外传播,传播过程中火焰呈现强烈褶皱状,后期表现为多点着火;高热丝温度下,当量比为0.9～1.5时出现"着火—熄火—再着火"的现象.着火时间随热丝温度增加而缩短,缩短程度和当量比有关;低热丝温度下,着火时间随当量比增大而延长,高热丝温度下,着火时间随当量比增大先缩短后延长,这是预混气加热和化学反应影响程度不同所致.在接近贫/富燃极限工况时,热丝温度对燃烧中最大压力差Δpmax的影响不明显,其他条件下,随温度和当量比增大,Δpmax均先增大后减小.     

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.     

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.     

高温高压下掺氢天然气的燃烧特性

在定容燃烧弹内研究了高温(450,K)、高压(0.75,MPa)条件下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播过程,获得了不同掺氢比和不同当量比下掺氢天然气的无拉伸层流燃烧速率,并分析了火焰的稳定性。结果表明,高温高压下随着掺氢比的增加,掺氢天然气的燃烧速率增加,且增长速率逐渐加快;马克斯坦长度则随着掺氢比的增加而减小,即火焰的稳定性下降。随着当量比的增加,无拉伸层流燃烧速率呈现先增大后减小的趋势,且最大无拉伸层流燃烧速率所对应当量比的位置随着掺氢比的提高而向浓混合气移动;马克斯坦长度随当量比的增加而增大,即火焰稳定性随当量比的增加而提高。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

EGR中二氧化碳对氢气层流燃烧特性的影响

为了更深入地理解废气中二氧化碳对掺氢燃料燃烧特性的影响,在定容燃烧弹中利用高速摄像系统研究了不同燃空当量比φ(0.6～1.4)和稀释比(0%～40%)下CO2稀释氢气-空气混合气的层流燃烧特性.结果表明:氢气-空气混合气的火焰传播速率随着燃空当量比的增大而增大;马克斯坦长度随着当量比的增大而增大,即火焰的稳定性增强;随稀释比的增大,无拉伸火焰传播速率S1明显减小;同时得到层流火焰燃烧速率,并分析了稀释比对火焰稳定性的影响.通过对试验结果数据拟合,获得了计算氢气-CO2-空气混合气的无拉伸层流燃烧速率的拟合多项式.     

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。     

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.     

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.     

增压中冷稀燃天然气发动机燃烧特性试验研究

以190型天然气发动机为对象,采集了发动机的示功图,分析了点火提前角及负荷对燃烧过程的影响规律。试验结果表明,在BTDC28℃A到BTDC36℃A范围内,最高燃烧压力和最大瞬时放热率以及缸内最高燃烧温度随点火提前角的增大而增大;BTDC33℃A点火提前角下最高燃烧压力和最大瞬时放热率以及缸内最高燃烧温度随负荷的增大而增大;火焰发展期随点火提前角增大而增大,随负荷增加而减小;50%燃烧相位角随点火提前角、负荷的增加而减小,速燃期随点火提前角的增大先增大后减小,随负荷增加呈减小趋势。     

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.     

烷烃燃料微小平板催化燃烧的火焰特性

对微平板燃烧器内4种烷类燃料（C₁ ~ C₄）进行铂催化燃烧实验,获得其点火过程和静态火焰的特征,并进行对比分析。当量比相同时,点火过程火焰传播速度大小顺序为甲烷 > 乙烷 > 丁烷 > 丙烷。随着当量比增大,火焰传播速度加快,稳态火焰根部位置向气流上游移动。观察可见光、430 nm（OH*光谱）、516 nm（C₂*光谱）成像火焰发现,当量比越大,火焰亮度越大,OH*和C₂*浓度越高。当量比相同时,乙烷的OH*、CH*和C₂*浓度最高,而甲烷和丙烷的则较低。     

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.     

天然气-氢气-空气混合气火焰传播特性研究

在定容燃烧弹内研究了初始条件为常温常压的灭然气-氢气-空气混合气火焰传播规律,得到了不同掺氢比例和燃空当量比下混合气的层流燃烧速率、质量燃烧流量和马克斯坦长度,结合火焰传播照片,分析了火焰的稳定性并预测了大尺寸火焰稳定性的演变趋势。研究结果表明,随着天然气中掺氢比例的增加,混合气的燃烧速率增加,且增长速率逐渐加快,马克斯坦长度值减小,火焰的稳定性下降。各种掺氢比例下,随当量比的增加,马克斯坦长度值增加,火焰的稳定性增加。掺氢比例高于80％时,随着火焰的传播,其不稳定性将明显增加。