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.     

当量比对锥形燃烧器火焰稳定位置影响

为了探究当量比对锥形燃烧器头部火焰稳定位置及排放特性的影响,采用数值模拟方法对锥形燃烧 器的流动与燃烧特性进行研究。分析讨论了当量比从0. 54增加至0. 78时燃烧器头部的火焰锋面位置与高 温区温度的变化规律,以及不同当量比下火焰指数、NOx与C0排放量的变化趋势。研究结果表明,速度分布 与回流区特征随当量比升高未见明显变化。随着当量比升高,高温区的最高温度逐渐升高,火焰稳定位置向 燃烧器内部移动。当量比增加至0.66时开始发生回火,继续增加当量比时高温区贴近锥形燃烧器头部壁面 与喷嘴,有烧毁燃烧器的危险。NOx排放量随当量比增大而增大,当量比从0. 54增加至0. 66时,NOx排放量 缓慢增加,当量比继续增加至0.78过程中,NOx排放量迅速增加,NOx排放增加了 32.4倍。C0排放量随当 量比的增大先减小后增大,并在当量比为0.66时达到最小值     

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.     

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。     

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。     

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。     

微型定容燃烧腔内丙烷/空气火焰传播特性

利用高速摄像的方法,在狭缝间距为2,mm的圆盘状微型定容燃烧装置中考察了常温常压、当量比φ为1.0~1.6静止丙烷/空气预混气中心点火后向外传播的火焰传播特性.结果表明:微型定容燃烧腔内形成的火焰面有光滑、褶皱和断裂3种形态;光滑火焰面的火焰传播速度低于常规尺度下的火焰传播速度;火焰传播速度随着当量比的增加先增大后减小;在点火能量影响范围外,火焰传播速度随半径增大而减小;随当量比的增加火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象.     

基于详细化学反应动力学的含颗粒甲烷/空气层流火焰模拟研究

本文基于含颗粒甲烷燃烧详细化学反应动力学机理Gri-Mech3.0,采用层流预混火焰速度计算模型计算了含颗粒甲烷空气层流预混燃烧过程。通过对比层流火焰燃烧速度曲线,分析了温度和当量比对燃烧速度的影响,且对计算结果进行敏感性分析。研究结果表明,颗粒存在降低了火焰的燃烧速度,且温度越高,燃烧速度降低的越明显,而燃烧速度变化量随当量比的增加则先增大后减小。     

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。     

当量比对微型燃气轮机H2/Air燃烧特性的影响

为了探究氢气微型燃气轮机的燃烧特性,用数值模拟方法分析了6种不同当量比工况下的燃烧室内流场特性、压力损失、燃烧效率、NO_x排放和速度分布等参数。结果表明：当量比对回流区的范围影响不大,压力损失和出口速度随当量比增加逐渐增大,出口温度分布系数（OTDF）、排气温度和NO_x排放随当量比的增加先增大后减小;径向速度的分布关于燃烧室中心轴线对称;当量比小于1时,燃烧效率在99.9%以上;当量比大于1时,燃烧效率随当量比增加而降低;当量比为1时,排气温度达到2 500 K,NO_x排放达到最大值,偏离化学当量比燃烧有利于抑制NO_x的生成。     

乙醇汽油/空气自着火特性的激波管试验

在雾化激波管中利用反射激波研究了乙醇汽油/空气混合气在高温、低压条件下的自着火特性.测量了混合气在温度为1 100～1 750 K、压力为0.10～0.65 MPa条件下,燃空当量比为0.2～2.5时的着火延迟期、着火壁面压力及OH基自发光强度,分析了当量比、着火温度及压力对混合气自着火特性的影响.结果表明:乙醇汽油/空气混合气的着火延迟期在高温条件下随当量比的增大而延长,不同压力下着火延迟期的对数与着火温度的倒数均呈线性分布,满足Arrhenius关系,并且在低压范围内着火延迟期对压力的依赖性较高;混合气在当量比为1.0、着火温度为1 300～1 430 K时发生剧烈爆燃,此时OH基自发光强瞬间达到峰值后急剧下降,而温度升高后,OH基自发光维持较高强度的时间增长,爆燃压力峰值降低,接近等压燃烧.     

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.     

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.     

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。     

不同海拔条件下柴油机撞壁喷雾燃烧特性的可视化研究

使用定容燃烧弹模拟一款重型柴油机在海拔0m、3 000m和4 500m条件下运行时缸内的热力学状态,利用多种成像技术实现了撞壁燃烧过程的可视化,研究了不同海拔对撞壁喷雾燃烧的高温着火、火焰传播和碳烟生成特性的影响。结果表明,海拔从0m升高到4 500m,撞壁着火延迟从0.55ms延长到0.88ms,撞壁着火距离从20.38mm增大到26.87mm,高海拔对撞壁着火过程有明显的抑制效果;撞壁火焰呈现圆盘状火焰形态,火焰发展进入稳定阶段后,由于前锋区域的涡流强度增大,撞壁火焰铺展高度、撞壁火焰铺展宽度和撞壁火焰面积都随海拔升高而增大,但在火焰发展初期,由于撞壁平板的冷却作用,撞壁火焰尺寸在海拔升高到4 500m时减小;空间积分火焰亮度和时间积分火焰亮度均随海拔升高而增大,海拔升高到4 500m时碳烟生成速率和氧化速率均增大。     

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。     

甲烷火焰中氢气对着火与燃尽的影响

利用化学反应动力学机理研究了甲烷－空气预混火焰添加H2的着火和燃尽特性。通过分析计算,讨论了氢气对甲烷燃烧过程及着火温度、燃烧速率、燃尽时间的影响。结果表明,甲烷火焰中少量氢气的存在不仅可以降低甲烷的着火温度,而且可以显著增大燃烧速率,缩短燃尽时间,这些结果与已有的实验结果吻合。     

定容燃烧室有无废气稀释燃烧特性实验研究

研究了甲醇燃料在有、无废气稀释情况下的燃烧特性，采用定容燃烧室进行实验，并利用激光纹影技术和高速摄影机对火焰图像进行可视化，研究了不同燃烧初始压力、不同化学当量比和废气稀释情况下的燃烧时间和火焰传播情况。结果表明，在贫燃料状态，当化学当量比增大时，燃烧时间明显缩短，在废气稀释情况下，燃烧时间延长，在高初始燃烧压力时，火焰传播速度下降更明显。同时，采用图像技术可以获得初始压力变化和废气稀释情况下非常有用的火焰结构信息。实验表明，当燃烧时间较长时，定容燃烧过程要考虑浮升力的影响。     

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.     

CH4/air预混气体双层多孔介质燃烧特性数值模拟研究

基于局部热平衡假设,定义了无量纲参数——火焰宽度比,在过量空气系数为1.2条件下,研究了CH_4/air预混气体在双层多孔介质中浸没燃烧和表面燃烧的燃烧特性。结果表明:表面燃烧具有更高的烟气出口温度以及更高的火焰宽度比。浸没燃烧火焰轮廓类似抛物线,而表面燃烧的火焰宽度比则基本不变;入口速度不同时,距离着火面同一位置浸没燃烧火焰宽度基本保持不变,火焰轮廓仍类似于抛物线;而对于表面燃烧,相同位置的火焰宽度比在很小范围内(约为0.03)呈现先增大后减小的变化规律。同时研究也表明表面燃烧具有更高的NO_x排放,且随着速度的增加两种燃烧方式NO_x排放变化规律一致,均呈现先增大后减小再增加的变化规律。在速度为1.1～1.2μm/s左右时,两种燃烧方式NO_x排放大致相当,这表明在不扩大污染的条件下,可以使用表面燃烧获得更多的对外辐射以节约能源。