初始温度对氢-空气预混诱导湍流燃烧特性的影响

通过在火焰传播路径上布置孔板实现诱导湍流燃烧,利用纹影技术和压力采集系统研究了初始温度对孔板诱导氢-空气预混湍流燃烧特性的影响。试验结果表明:穿越孔板前火焰传播速度略有下降,穿越孔板后火焰被诱导为湍流燃烧,火焰发展进程加快;随着初始温度的升高,最高燃烧压力和最大压升率减少,两者出现的时刻提前,添加孔板后的燃烧持续期变化率降低,但穿越孔板后的火焰传播速度的差异不显著。     

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.     

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.     

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。     

天然气/氢气燃烧特性研究

在定容燃烧弹中研究了不同氢气掺混比例、燃空当量比和初始压力下的大然气／氢气混合气的燃烧特性,建立了适合用于容弹计算的准维双区模型。研究结果表明：在各种当量比和初始压力下,随着掺氢比例的增加,混合气的质量燃烧速率明显增加,燃烧持续期和火焰发展期娃著缩短。随着掺氢比例的增加,短的燃烧持续期所对应的当量比范围变宽,稀混合气和浓混合气条件下天然气掺氢对火焰发展期缩短的效果更明显。化学计量比附近（1．0—1．1）掺氢燃烧对燃烧最大压力值影响不大,浓混合气（燃空当量比大于1．1）和稀混合气燃烧时,随着掺氢比例的增加,最大燃烧压力值增加。     

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。     

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。     

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。     

不同初始压力下掺氢天然气的燃烧特性

在定容燃烧弹内研究了不同初始压力下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播规律,得到了不同掺氢比例和初始压力下,不同燃空当量比时混合气的层流燃烧速率,并分析了火焰的稳定性及其影响因素.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,而马克斯坦长度值则随着掺氢比例的增加而减小,即火焰的稳定性下降.不同初始压力下,随着燃空当量比的增加,马克斯坦长度值在不同掺氢比例下均增加,显示火焰的稳定性增加.无拉伸层流燃烧速率随着初始压力的增加略有减小,且在化学当量比附近,变化的初始压力和掺氢比对无拉伸层流燃烧速率的影响最为明显.     

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.     

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。     

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.     

不同初始压力下氢气燃烧的胞状不稳定性及自加速性

采用高速纹影摄像系统和定容燃烧弹对不同初始压力下(0.1~0.5,MPa)氢气燃烧的不稳定性和自加速性进行了实验研究,分析了火焰胞状不稳定性的发展过程和变化规律,分别对比了火焰轮廓及火焰传播速度的自加速表现.研究结果表明,在火焰没有达到一开始就完全胞状化之前,随初始压力的增大,氢气燃烧的不稳定性增强;胞状不稳定的火焰会出现自加速,而稳定火焰不会出现自加速;火焰的加速特性在均布的胞状结构形成后便会出现,其始点与胞状不稳定的火焰临界半径一致,始点过后,火焰的传播速度(或燃烧速度)随着燃烧半径的增加(或燃烧时间的增加)而不断地自加速.     

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.     

初始压力对天然气-氢气-空气混合气火焰传播特性的影响

使用定容燃烧弹研究了不同初始压力下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播规律,得到了初始压力、掺氢比和燃空当量比对无拉伸层流燃烧速率、质量燃烧流量的影响,结合高速纹影图片分析了影响火焰稳定性的因素(马克斯坦长度、火焰面两侧密度比和火焰厚度).结果表明,掺氢天然气无拉伸层流燃烧速率以及火焰的不稳定性受掺氢比、初始压力和燃空当量比的综合影响.结合高速纹影图片,得出火焰的稳定性会随初始压力的增加而减小;在相同的燃空当量比和掺氢比下,初始压力对密度比的影响不大,但是对火焰厚度的影响比较明显.     

直喷二甲醚在汽油机中压缩自燃特性的试验研究

在一台单缸光学发动机中,利用高速摄像和热力学分析方法,研究了不同缸内残余废气率(iEGR率)下DME喷射时刻(SOI)从曲轴转角-15°变化到-40°过程中自身的燃烧过程。结果表明,在不同iEGR率下,随着SOI提前,燃烧重心前移,燃烧持续期减小,放热率峰值增加,当到达某一特定的SOI值之后,燃烧重心后移,燃烧持续期增加,放热率峰值减小。当SOI在-25°～-15°范围内时,iEGR率32%工况下的燃烧相位迟于iEGR率25%工况,而当SOI为-30°和-40°时iEGR率为32%下的燃烧相位较早。火焰的形态与DME的自燃区域有关。随着SOI提前,初始自燃点逐渐远离喷嘴侧,自燃区域更为分散。在不同工况下,随着瞬时放热率增加,火焰的相对光强增加,用相对光强变化趋势可以表征瞬时放热率的变化。     

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。     

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.     

进气参数对LPP燃烧室振荡燃烧特性和火焰结构的影响

为研究贫预混预蒸发(LPP)燃烧室振荡燃烧规律和LPP火焰结构,利用动态压力传感器测量了LPP燃烧室内不同进气参数下时域及频域上的压力脉动;利用激光诱导荧光(PLIF)测量系统研究了不同进气参数下的LPP火焰结构变化规律。结果表明:随着燃烧室入口流速的增加,激励出的振荡燃烧的当量比区域会减小;在一定的入口流速下,所激励的振荡燃烧主频会随着当量比的增加而增加;随着燃烧室入口空气温度的提高,激励出振荡燃烧的区域会减小,激励出的振荡燃烧的强度会下降,但振荡燃烧的主频均会增加;稳定燃烧时,LPP火焰为V型火焰;振荡燃烧则会将LPP火焰转化为平整型火焰。     

氢气乙醇混合物层流燃烧速度及火焰不稳定性研究

氢气是一种高效的添加剂,可改善乙醇燃料的燃烧特性,为更好地应用于燃烧装置,有必要研究其层流燃烧特性。在初始压力为0.1及0.4 MPa,初始温度为400 K,等效比范围为0.7～1.4,氢气比例为20%、50%和80%下进行实验,采用定压法(constant pressure method, CPM)得到层流燃烧速度(laminar burning velocity, LBV)。对火焰发展不同阶段的火焰形貌进行研究,当火焰表面的大裂纹分裂出现小裂纹,并导致新细胞再生时,火焰变得不稳定;还研究流体动力学效应和热扩散效应对火焰固有不稳定性的影响。结果表明：LBV随着氢气比例的增加而增加,在富氢状态下其提升效果更加显著;流体动力不稳定性随着压力的增加而增加,热扩散不稳定性对压力变化不敏感;此外,增加氢气比例或初始压力将使火焰更早变得不稳定。