障碍物管道中湍流火焰发展的数值模拟

应用湍流马赫数修正的非稳态可压缩性K－ε-f-gr四方程湍流模型,模拟了半开口狭长管道中重复布置的障碍物引起的湍流火焰加速现象。结果表明,障碍物产生的扰动对加强燃烧和湍流输运的影响很大。随着火焰向前传播,火焰穿过障碍物时发生变形,反应区越来越长,且火焰速度逐渐上升。同时,火焰速度和管内压力的计算结果与实验测量值吻合良好,修正后的湍流模型能较真实地模拟障碍物管内预混火焰的发展过程。     

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.     

管道预混火焰动态响应的分析和测量

基于线性扰动假设对管道预混火焰的动态响应进行了理论分析,推导得到了正弦扰动下火焰而脉动时域表达式.同时利用增强型电荷耦合器和动态压力传感器对管道预混火焰形状周期性变化过程进行相同步测量,研究了当量比和扰动频率对火焰面脉动的影响规律.理论分析和实验测量的结果一致,表明上述物理量的改变会直接影响火焰面脉动的褶皱数和褶皱振幅...     

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．     

湿空气非预混火焰的稳定性

利用粒子图像测速技术对钝体后的湿空气回流非预混燃烧火焰流场进行了测量,研究湿空气燃烧火焰的结构特性,以及水蒸气的加入对火焰稳定性的影响,得到湿空气燃烧火焰的稳定性区域图.通过对比湿空气燃烧和普通燃烧火焰转变的临界值,发现湿空气燃烧回流火焰向过渡火焰转变时,燃空速度比的临界值比普通燃烧的低16%~22%,而发生局部熄火时的临界值与普通燃烧时的相比至少低25%.分析表明,湿空气火焰不稳定性主要是由于环流湿空气动量的减少引起的,另外稀释作用和化学发应的影响导致氧原子含量降低也是不稳定的一个原因.     

部分预混对扩散火焰中碳烟成核的影响

通过测量扩散火焰中开始形成碳核时的临界气动变形率Ｋｐ,对丙烷中加入空气,氮气和氧气时的碳烟生成进行了实验研究,介绍了利用碳烟颗粒和ＰＡＨ对偏振激光的散射性能差异测量Ｋｐ的方法;通过比较不同条件下的Ｋｐ,得出结论：部分预燃具有遏制扩散燃烧中碳烟成核的作用,有利于减少碳烟的生成。     

碳氢燃料预混火焰中苯的生成规律

为了研究碳氢燃料预混火焰中苯的生成规律,首先在定容燃烧弹上进行了实验,对不同工况下,90号汽油和模拟汽油(由异辛烷和正庚烷按9:1的质量比例配制)燃烧产物中的苯进行了采集和定量分析;随后利用高速摄像机对这两种燃料在定容燃烧弹中的燃烧图像进行了拍摄,将定容燃烧弹中的预混燃烧火焰划分热焰区、蓝焰区和冷焰区;最后,利用CHEMKIN软件对不同火焰结构区域中模拟汽油的燃烧过程进行了化学动力学分析.结果表明,苯在预混火焰中的冷焰、蓝焰区域内形成,并在热焰中完全氧化;苯来源于未完全燃烧的碳氢,其排放量取决于未完全燃烧区中苯的质量分数和未完全燃烧区的容积;汽油燃烧过程中形成的碳粒在一定程度上能减少苯的排放量;汽油机冷起动时,燃烧室壁面吸附作用将对苯的排放量有重要影响.     

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     

非预混燃烧中喷嘴结构布局影响火焰长度的变化

验证了用数值方法研究湍流燃烧的可靠性,在燃气流量和喷口总面积不变的情况下,调整喷口的数量和间距,确定了多种燃烧器喷口布局方案;讨论了非预混燃烧中喷口数量和间距对火焰长度的影响,认为喷口数量和间距的改变不但会引起空气和燃气的混合程度发生变化,也使得各股燃气之间的扰动程度不一样.所以应合理调整喷口布局,改变燃烧器的火焰结构和温度分布,使燃烧的高温区域更加集中,提高燃气炉的热效率.     

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。     

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．     

Numerical Study on the Morphology of a Re-Ignited Laminar Partially Premixed Flame with a Co-Axial Pilot Flame

Re-ignited partially premixed flame(PPF) is a quite extensive flame type in real applications, which is directly relevant to the local and global extinction and re-ignition phenomenon. The authors designed a model burner to establish laminar re-ignited PPFs. Numerical simulations were carried out to reveal the morphology of laminar re-ignited PPF. Based on the distributions of temperature, heat release and radicals, the morphologies of re-ignited flames were explored. W-shaped flames were formed...     

微细通道中甲烷与氧气的预混燃烧

对微细通道中甲烷/氧气预混火焰传播性质进行了实验研究．确定了微细通道中不同甲烷浓度下的火焰传播速度,以及混合气体流量与火焰传播速度的关系．结果表明,混合气体流量对火焰传播速度有显著的影响,在微细通道中火焰传播速度的分布趋势与宏观尺度下火焰传播速度的分布趋势基本相同,但在数值上随着流量的不同相差较大．实验证明,在室温条件下,甲烷和氧气预混火焰可以在细管中稳定停留在一点燃烧,并且可以很好地控制其移动;当量比为1．0时火焰传播速度受流量影响最大．     

条缝式火孔预混燃烧稳定性的实验研究

条缝式火孔具有火孔面积大，适于大负荷民用燃气燃烧装置等特点。而预混燃烧方式可以有效降低污染物排放，但其调节范围小。因此，目前关于条缝式火孔燃气预混燃烧稳定范围的研究很少见，其应用也不普遍。本研究通过分析影响火焰稳定性的因素，确定了重点考察对象及实验方案。在宽度分别为D＝1．0，1．1，1．3，1．5mm的条缝火孔上，使用天然气及液化石油气进行实验研究。实验研究确定了两种燃气在各个火孔宽度上的回火极限，并得出了在各个火孔宽度上的离焰曲线。对实验结果及实验中发现的问题进行了分析。通过实验研究得出，条缝式火孔燃气预混燃烧的稳定范围及其应用前景。     

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。     

预混合燃烧现象学紊流火焰速度模型

提出了一个用于预混合燃烧的现象学紊流火焰速度模型,描述了火焰从层流传播到充分发展的紊流传播的全过程。基于火焰瞬时尺度和基本的紊流特性参数,按照火焰生长的各个阶段,将紊流火焰速度的计算分为３个步骤,以有效紊流强度显示从层流传播到紊流传播的转化,以紊流积分标尺和梅尔莫哥洛夫标尺作为火焰皱折程度的度量,考虑了火焰表面扭曲对火焰速度的作用。计算结果与测量数据的比较显示了较好的一致性。     

水雾作用下甲烷/空气预混火焰的光谱特性

利用中阶梯光栅光谱仪,对甲烷,空气层流预混火焰以及水雾作用过程中的火焰发射光谱特性进行了实验研究,对比分析了水雾对预混火焰燃烧过程中自由基离子发射光谱的影响,探讨了水雾抑制甲烷燃烧过程中的化学作用机理.结果表明,火焰阵面OH*、CH*自由基离子发射光谱强度随着火焰阵面水雾载荷比的增大而减小;足量的水雾作用可抑制预混火焰中OH*、CH*和HCO*等链引发自由基的生成,增强甲烷燃烧链式反应中的三体反应过程,促进甲烷预混火焰的链销基反应的发生,在抑制甲烷预混火焰燃烧过程中起重要作用.     

预混火焰热声振荡的高速摄像分析

对多孔介质稳焰机理以及预混火焰发生动力学失稳的原因进行了理论分析,并利用振动噪声分析仪和高速摄像仪研究了贫燃、贫氧预混火焰发生热声不稳定时燃烧室内的声压振荡特性及火焰热释放的脉动规律.当化学当量比Φ≥1.24时,贫氧预混火焰因连续点火源消失而发生动力学失稳;当Φ≤0.80时,贫燃预混火焰则因预混可燃气流速与火焰传播速度...     

运用激光层析观测预混火焰前锋

介绍了用激光层析探测燃烧场的原理及其装置和图像处理工具的开发过程.利用预混V形火焰进行了激光层析探测火焰前锋的实验,结果显示,该方法能够在入射光平面内清晰地分辨火焰皱褶在任一瞬间的几何形状.利用主动轮廓算法从数字化图像中准确提取了火焰前锋的轮廓线形,为火焰皱褶及其传播特性的量化分析打下了基础.     

预混火焰不稳定性的大涡模拟

在湍流燃烧大涡模拟的基础上,利用气动声学FW-H方程对甲烷,空气预混火焰的不稳定性进行了数值分析.局部化学当量比的周期性波动,造成燃烧室内出现周期性的压力振荡,随着化学当量比的增大或减小,压力振荡幅值均有所提高;贫氧工况下,压力振荡的频率较低,贫燃工况下,压力振荡频率较高.燃烧室内同时存在周期性的温度振荡和速度脉动;压力振荡与速度脉动趋于同频、同相,而温度振荡在相位上稍有提前.流向涡涡量分布呈现周期性变化趋势,相对而言,贫氧工况下,流向涡涡量较小、涡团尺度较大;贫燃工况下,流向涡涡量较大、涡团尺度较小.