90°弯曲管道对丙烷-空气预混火焰传播的影响

为了揭示90°弯曲管道结构对预混火焰传播特性的影响,以丙烷-空气预混火焰为研究对象,运用高速纹影摄像、微细热电偶以及离子探针等测试手段对火焰在90°弯曲管道内的传播过程进行了实验研究.结果表明,预混火焰结构在水平管道内发生了明显变化,由规则的球形层流火焰转变为具有轴对称结构向内凹陷的湍流火焰,并伴随火焰阵面的皱褶分层.火焰进入90°弯曲管道后,受几何形状影响,火焰阵面发生畸变,对称结构被破坏,下壁面处的火焰阵面逐渐超过上壁面处的火焰阵面.由于弯管内部多波叠加作用以及湍流的影响最终使得火焰速度呈现脉动振荡.     

磁场对预混火焰特性的影响

通过对磁场影响预混火焰特性的研究，发现磁场的作用能够改变预混火焰的燃烧特性，使火焰的温度升高，同时火焰的直径也会增加，而火焰的高度有所降低．由此可使人们更精确地了解实际火灾过程中火焰的燃烧特性，掌握火灾的特点，为减灾和灭灾提供有益的参考．     

层流预混火焰传播速度与火焰稳定传播界限的测定

采用本生灯法和直管法测定了液化石油气（LPG）、甲烷与氢燃料质子交换膜燃料电池（PEMFC）阳极尾气与空气的三种不同浓度混合气的层流火焰传播速度。此外,对三种不同浓度可燃混合气火焰的稳定传播界限也进行了测定。实验结果为多燃料燃烧器的开发提供了设计依据。     

微波辅助点火对甲烷预混球形火焰的影响

基于微波等离子体辅助点火可视化试验台架和分离影响因素的研究思路,试验了不同脉冲频率和峰值功率下微波辅助火花塞的放电特性,以及当量比为0.6～1.0、环境压力为0.1～0.7 MPa下的甲烷-空气预混球形火焰的着火及传播特性.干放电试验结果表明:微波脉冲频率为1 kHz时,由于第一个微波脉冲正处于放电电子密度高峰时刻,微波对火花塞放电核心膨胀的加速作用最明显,随着微波脉冲频率的增大,微波强化放电的效果减弱;随微波源的峰值功率增大,微波脉冲对放电的强化作用愈发明显.点火试验结果表明:频率为1 kHz、峰值功率为1 kW微波脉冲的馈入,使当量比为0.6、环境压力为0.1 MPa下的早期火核生长速度提升了60%,随着当量比的增加,微波对火焰发展的增强幅度减小;随着环境压力的增加,微波对点火的增强作用减弱.总之,微波对火焰发展的增强作用主要是对初始火核发展的促进;在火焰后期,燃料燃烧的热能远大于微波能量,导致微波的馈入对后期燃烧过程没有明显影响.     

障碍物结构对管道中预混火焰加速的影响

在一端封闭、一端开口的火焰传播管中均匀布置障碍物，研究了障碍物结构对管道中预混火焰传播的影响。结果表明，由于障碍物的扰动，火焰不断加速，在阻塞比相同的条件下，最终的火焰稳态速度与障碍物的形状和间距基本无关，其中障碍物间距仅仅影响火焰的加速速率，在障碍物间距约等于火焰传播管内径（W/D≈1.0）时，平均火焰速度达到最大值，火焰到达稳态传播的距离最短。同时，本文用一维简化模型模拟了火焰在障碍物管道中的加速过程，计算结果与实验测试结果在定性上比较吻合，说明在管内火焰速度较低的情况下，用一维可压缩流动近似处理能初步揭示管内火焰的加速机制。     

湍流预混火焰的分形特性

采用高速纹影摄影法获得了定容燃烧弹内预混湍流火焰的图像，分别用数盒子法和像素点覆盖法计算出了火焰图像的分形维数。湍流火焰的分形分析结果表明，定容燃烧弹内的预混湍流火焰结构具有分形特征，且属于非充分发展的湍流火焰。湍流火焰的分形维数反应了湍流脉动对火焰片的褶皱程度，湍流强度增大加剧湍流火焰前锋的褶皱，分形维数也随之增加。在相同湍流强度下，小尺度湍流对火焰前锋的褶皱作用更大。     

体积力场对预混火焰面形状的影响

介绍了一种在燃烧场中产生大于1g体积力的实验系统,分析了影响体积力场的因素．利用实时摄像的方法,研究了在燃烧过程中体积力对预混火焰面形状的影响．结果表明,高温烟气在体积力场中的浮力效应,使火焰面向与体积力相反的方向弯曲、偏转．体积力增加将导致火焰面变形程度增加,并导致燃烧过程不稳定,以致发生熄火．气流的射流角不同,体积力对火焰面的影响效果不同,火焰面会发生弯曲、拉伸或压缩．当射流角为负值时,火焰容易发生吹熄．     

磁场强度对层流预混火焰燃烧过程中NO_x生成特性的影响

以液化气层流预混火焰为实验研究对象。搭建了燃烧试验台,并在火焰两侧施加放电磁场,测定磁场强度,并测量了电磁场中层流预混火焰燃烧温度和NOx浓度,分析了在不同磁场强度下层流预混火焰燃烧特性及NOx生成特性。结果显示,在电磁场的作用下,火焰温度升高、直径略微增加、高度有所降低,同时电磁场降低火焰中N、HCN、CN等离子和离子团与氧的碰撞几率,导致NOx浓度下降,最大下降为2.998 mg/m3。     

预混湍流火焰的根部脉动特性

采用平面激光诱导荧光的测试方法捕捉本生灯预混湍流火焰的瞬态形态,重点分析火焰根部的脉动特性及其对火焰稳定的影响.采用挡环和多孔板式湍流发生器,分别形成边界层湍流和位势流湍流.实验结果表明,对于这两种湍流发生器,射流火焰根部的脉动幅度都随来流速度的增大逐渐增强;增大湍流发生器的特征尺寸或者降低混气当量比,都会加大火焰根部的脉动幅度.挡环尺度的影响则表明了临界尺度的存在.当挡环尺度小于临界尺度时,火焰根部的脉动不利于火焰的稳定,即随着挡环尺度的增加,火焰吹熄速度降低.而当挡环尺度大于临界尺度时,随着挡环尺度的增加,吹熄速度变大.因此湍流的产生区域对火焰吹熄速度有着重要影响.     

催化重整反应加氢对预混气火焰传播速度的影响

根据“驻定火焰法”基本原理，利用对冲火焰实验装置系统测量了甲烷与少量氢气预混气的火焰传播速度。结果表明，与纯甲烷时相经，含氢条件下的火焰传播速度有了明显的提高。实验氢气是甲烷与水蒸汽在催化重整反应中产生的。这说明，催化剂的存在使得掺水燃料或乳化油在燃烧的同时产生氢气。氢气的加入提高了混和气的火焰传播速度，改善了燃烧过程。这项技术在实践中有着重要意义。还对实验条件进行了数值模拟和计算，计算结果与实验结果符合较好。     

微型摆动式发动机内间歇着火和火焰传播试验研究

为了试验研究微摆发动机燃烧室内的间歇着火和火焰传播特性,设计了一套电机驱动倒拖运行的两冲程微型摆动式发动机单缸燃烧可视化试验系统,倒拖运动摆臂模拟了真实发动机自由摆臂的运动特性,并建立了对应摆臂位置的电火花正时点火系统。在微摆发动机单缸内实现了正丁烷/空气的稳定间歇着火,用高速相机拍摄火焰传播图像,并用Matlab程序分析图像中火焰面积变化特征。考察了摆臂频率f和预混气流量Q对着火和火焰传播的影响。研究结果表明:随预混气流量的增加,火焰传播越快;单次扫气量Q/f不变,随摆臂频率的增加,火焰传播变快。     

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     

层流预混滞止火焰结构及传播速度的数值模拟

在考虑了甲烷与空气燃烧过程中１７种分子、原子和基团的４６个基元反应的基础上,采用数值模拟方法求解了甲烷层流滞止火焰结构,给出了各种组分与温度的空间分布,计算了不同拉伸率下的甲烷滞止火焰的传播速度,导出了层流预混火焰的传播速度。     

预燃室氢射流火焰引燃氨预混气火焰发展及着火特性数值研究

基于计算流体平台CONVERGE，对化学当量比下H2射流火焰引燃NH3、空气预混气过程中射流火焰的发展历程、射流特性及主/预燃室物质场分布进行了数值仿真。结果表明：射流火焰发展历程可分为射流阶段、过渡阶段和热射流阶段三个阶段；射流火焰的前锋面移动距离的增长率受NH3火焰传播速度的制约而逐渐下降；随着射流引燃的进行，射流火焰温度场和物质浓度场呈现明显分层现象，NH2高浓度区经分离后分布在射流头部的NH3燃烧区及射流尾部的H2射流火焰区。     

应用图像处理技术进行预混层流火焰传播速度的在线测量

利用图像处理技术，根据层流预混火焰稳定燃烧的条件结合预混火焰燃烧模型，设计了火焰传播速度在线实时测量系统，通过图像采集在线获取火焰的静态图像，然后自动对图像进行滤波，边缘提取，再进行计算得到火焰传播前沿面积，在线算出火焰传播速度，这种方法具有非接触式测量的优点，利用它不仅可以测量层流预混火焰的传播速度，同时还为层流火焰的燃烧机理的研究提供一种直接的手段．     

玉米粉火焰在开口垂直管道中的传播

以对粉尘云状态参数的定量测定为基础,对玉米粉尘火焰在开口垂直管道中向上传播的过程进行了实验研究.在情形A中,火焰从管道的封闭端向开口端传播,在情形B中,从开口端向封闭端传播.实验中,观察到两种粉尘火焰,即湍流火焰和层流火焰,火焰形态转变对应的点火延迟时间约等于1.1 s,即粉尘云湍流运动强度为10cm/s.情形A中,层流火焰的传播出现周期性振荡现象,湍流火焰在传播过程中不断加速;情形B中,两种火焰都匀速传播,湍流火焰传播速度明显大于层流火焰.在所考察的实验条件下,粉尘浓度对于玉米粉尘火焰传播速度的影响不大.     

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。