含水乙醇-空气预混层流燃烧特性的试验

在383,K、0.1,MPa的初始条件下,利用定容燃烧弹装置和高速纹影摄像系统开展了含水乙醇在不同的体积分数(水的体积分数为0～30%)和当量比(0.8～1.6)下与空气预混的层流燃烧特性试验.结果表明:混合气的无拉伸层流火焰传播速率和燃烧速率随含水量的增加而降低;当水的体积分数小于30%,火焰速率的最大值出现在当量比为1.2附近,而在水的体积分数达到30%时,其最大值开始向1.0的方向移动;含水乙醇-空气火焰的马克斯坦长度和前锋面的稳定性都随当量比增加而下降,随含水量的增加而增加,并在当量比为1.6时,马克斯坦长度由正值变为负值;无量纲的层流燃烧速率随水的稀释率呈线性下降,随当量比的影响不大.     

预混氢气层流燃烧速度的数值模拟

为探讨燃烧模型对预混氢气层流燃烧的适用性和使用方法,采用CFD仿真软件对氢气层流燃烧进行了数值模拟,通过校核与验证方法得到了当量比范围在0.5～1.2条件下正确计算氢气燃烧过程的网格尺寸为0.4 mm、时间步长为0.01 ms、收敛准则为10-4.应用TFSC燃烧模型的控制参数与温度、当量比的拟合关系获得的计算数据和试验数据具有较好的一致性.采用该方法可以正确计算常压下、温度范围300～900 K、当量比范围0.5～1.2的预混氢气层流燃烧速度,补充了高温条件下试验数据的不足.     

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.     

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.     

天然气-氢气-空气混合气的层流燃烧速度测定

在定容燃烧弹内研究了常温常压下天然气-氢气-空气混合气的火焰传播规律,得到了不同掺氢比例（氢气在天然气中的体积掺混比例为0％～100％）和燃空当量比（0．6～1．4）下混合气的层流燃烧速率和马克斯坦长度,通过对马克斯坦长度的测量,分析了拉伸对火焰传播的影响。结果表明,随着天然气中掺氢比例的增加,混合气的燃烧速率呈指数规律增加,马克斯坦长度值减小,火焰的稳定性下降。各掺氢比例下,随当量比的增加,马克斯坦长度值增加,火焰的稳定性增强。通过对试验结果的数据拟合,得到了计算天然气-氢气-空气混合气层流燃烧速率的关系式。     

甲醇裂解气对甲烷-空气预混层流燃烧特性的影响

采用定容燃烧弹-纹影系统,将H_2与CO按体积比为2∶1的混合气来模拟真实甲醇裂解气,进行了初始温度为343,K、初始压力为0.3,MPa下的甲烷-甲醇裂解气-空气预混燃烧试验,研究了不同当量比(0.6~1.8)和不同添加比例(20%,~80%,)的甲醇裂解气(其中V(H_2)∶V(CO)=2∶1)对甲烷-空气层流火焰燃烧速度、马克斯坦长度、火焰胞状结构及其影响参数等层流燃烧特性的影响,并在相同条件下单独添加CO,探究CO在甲醇裂解气中的作用.结果表明:甲醇裂解气能提高混合气层流火焰燃烧速度,在整个当量比范围尤其是稀燃时加强火焰不稳定性,促进胞状结构的产生.CO也能提高燃烧速度,但提升幅度比甲醇裂解气小,而且只有在大比例添加且当量比为1.2附近时才对火焰胞状不稳定性产生明显促进作用,即甲醇裂解气中对甲烷层流燃烧速度和火焰稳定性起主要影响的成分为H_2.     

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。     

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。     

乙醇-氢气-空气混合物层流燃烧特性研究

氢气是一种高效的添加剂,可以改善生物质燃料的层流燃烧特性。为研究氢气对乙醇-空气预混层流火焰燃烧特性的影响,利用定容燃烧弹结合高速纹影摄像技术,系统研究了初始温度为400 K,初始压力为0.1 MPa和0.4 MPa,氢气含量为0%、10%、30%、50%、70%和90%,当量比为0.7 ~ 1.4时的氢气-乙醇-空气混合燃料的层流燃烧速度（LBV）、火焰厚度和马克斯坦长度等参数,并采用辐射校正公式使LBV更加精准。通过数值仿真构建预混火焰模型,与实验结果进行对比。结果表明,氢气比例的增加可以提高混合燃料的层流燃烧速度。当氢气比例小于50%时,LBV随氢气比例的增加线性增长。而当氢气比例大于50%,LBV随氢气的增加呈指数增长。初始压力的上升虽然降低了LBV,但提高了LBV的增长率。此外,随着氢气比例和初始压力的增加,火焰厚度减小,马克斯坦长度降低,火焰的不稳定性增强。     

甲烷-空气-稀释气的层流燃烧特性研究

介绍并分析了甲烷-空气-稀释气混合气在定容燃烧弹内进行火花点火预混层流燃烧的试验结果。通过对马克斯坦长度和马克斯坦数的测量研究了火焰拉伸对燃烧速度的影响。结果表明,马克斯坦数的数值仅仅与未燃气性质和初始条件相关,而与火焰的发展无关。同时在总结试验和计算数据的基础上,得到了计算甲烷-空气-稀释气层流燃烧速度的计算公式。公式表明,对于甲烷-空气混合气,压力对层流火焰的发展起到了阻碍作用,而温度起了推进作用。     

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。     

丁烷层流预混燃烧多棱火焰的实验研究

在丁烷层流预混气体的燃烧过程中清晰地观察到多棱火焰现象。实验中，对3种喷口冷却条件，8种燃料流量下出现多棱火焰现象的浓度界限进行了测定。实验结果表明，当喷口冷却条件加强时，相同燃料流量下出现多棱火焰时空气消耗系数降低。实验也表明，多棱火焰在一定的燃料流量下出现，燃料流量超过一定值时，多棱火焰现象不再出现。同时，燃料流量越大，出现多棱火焰的棱数也越多。     

氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的拉伸研究

采用高速纹影系统和定容燃烧弹对氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的拉伸进行了研究.分别改变燃空当量比(0.3～4.0)、初始温度(283～400,K)、初始压力(0.05～0.30,MPa)的条件下对比分析拉伸的变化规律,以及拉伸对火焰速度、燃烧速度的影响规律,还解释了拉伸对不等扩散不稳定和流体力学不稳定的影响机理.研究结果表明,随着半径的增大,拉伸率成幂函数关系逐渐减小,其指数和系数值随燃空当量比、温度、压力的变化有明显的变化规律;火焰拉伸的存在使得火焰速度和燃烧速度发生改变,同时它还是火焰不等扩散不稳定和流体力学不稳定发生的前提条件.     

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.     

丙烷-空气-稀释气层流燃烧速率测定

利用高速纹影摄像法和球型发展火焰研究了常温常压下丙烷-空气,丙烷-空气-稀释气预混层流燃烧特性,获得了不同稀释系数(0、10%、20%、30%)和燃空当量比(0.6～2.0)下混合气的层流燃烧速率和马克斯坦长度值,分析了拉伸对火焰传播速率的影响.结果表明:丙烷-空气混合气的无拉伸火焰传播速率和无拉伸层流燃烧率在当星比1.1时达到最大值,随当量比的增加,马克斯坦长度值降低,火焰前锋面不稳定性趋势增加.当量比为1.4时,马克斯坦长度值由正值转为负值.丙烷-空气-稀释气混合气随稀释系数的增加,火焰传播速率和层流燃烧速率降低,在当量比小于1.4时,随稀释系数的增加,马克斯坦长度值增加,火焰前锋面的稳定性趋势增加.有无稀释气时无拉伸层流燃烧速率的比值仅与稀释系数有关并成线性关系而与混合气浓度无关.     

层流预混燃烧试验研究方法及其影响因素浅析

采用试验的方法对层流预混火焰进行研究可以为实际应用提供可靠的依据。本文对滞止面火焰法、热流法、肥皂泡爆炸法及定容弹法等预混层流火焰试验研究方法进行了归纳,并分析了预混层流火焰燃烧的影响因素。     

氢气/空气混合气层流燃烧速度的实验测量与模拟计算

采用高速纹影系统和定容燃烧弹对氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的燃烧速度特性进行研究.分别在改变燃空当量比(0.3～6.0)、初始温度(300～450 K)、初始压力(0.1～ 0.3 MPa)的条件下,对比分析Markstein长度、火焰传播速度、火焰燃烧速度的变化规律,得出了燃烧速度随燃空当量比、温度、压力变化的拟合公...     

多孔介质内层流预混燃烧的数值模拟

燃气与固体构架之间强烈的换热,使多孔介质内的燃烧与自由流中的燃烧有很大不同．模拟了甲烷／空气预混气在多孔介质内的一维层流燃烧过程,详细考察了多孔介质构架中的辐射换热和气固之间对流换热,并使用了详细化学反应机理,其计算结果能够较好地预测多孔介质内的各种燃烧特性．     

火焰拉伸对甲烷/空气和丙烷/空气层流燃烧速度的影响

通过拓展层流火焰消耗速度的概念,将其定义与反应进程变量（progress variable）的定义相结合,给出了一个积分层流燃烧速度的广义定义。在准一维稳态系统中,分析了积分层流燃烧速度,以及其与未燃气体的位移速度和已燃气体的位移速度之间的关系。对甲烷-空气和丙烷-空气拉伸层流预混火焰在常温常压下进行了数值计算,研究了在不同当量比下,火焰拉伸对层流燃烧速度的影响,并得出了马克斯坦长度。对基于通过火焰前锋放热率的积分层流燃烧速度和基于燃料消耗率的积分层流燃烧速度进行了比较。结论表明低拉伸火焰的马克斯坦数与渐进分析一致,也与球形火焰获得的实验数据吻合。     

壁面边界条件下氢气-空气预混燃烧的压力特性

通过纹影测试的实验方法,在顶置点火定容燃烧弹中对壁面边界条件下的氢气-空气预混燃烧压力特性进行了实验研究,得出了不同燃烧当量比(0.6～2.0)、初始压力(0.1～0.3,MPa)、初始温度(300～450,K)下的氢气-空气预混燃烧过程中燃烧压力、最大燃烧压力以及最大燃烧压力升高率等参数的变化规律.结果表明,壁面边界条件下氢气-空气预混燃烧过程中的最大燃烧压力以及最大燃烧压力升高率均随着当量比的增大先增大再减小,均随初始压力的增大呈现出线性增长,随着初始温度的增大而呈现出线性减少.