热薄材料表面火焰传播的三维效应

利用能够限制自然对流的水平窄通道,对薄材料表面逆风传播火焰的三维效应进行了实验研究,参数包括气流速度、氧气浓度、燃料宽度等.结果表明,在足够宽的通道内,火焰传播随燃料宽度的变化,表现出随氧气浓度和气流速度的不同而变化的三维特性.侧面热损失和氧气扩散对火焰传播的影响,在各种氧气浓度和气流速度下,都限于燃料宽度小于10倍扩散长度.     

低气压富氧环境对薄壁材料火焰传播速度的影响

通过模拟高原低气压环境,研究富氧环境下火焰沿薄壁材料表面传播速度的变化情况.研究表明,大气压力不变时,氧气体积分数越大,火焰传播速度越快;氧气体积分数不变时,火焰传播速度随着大气压力的增大而加快;维持氧分压为一定值时,大气压力越大火焰传播速度越小.大气压力为1 01.3 kPa、氧气体积分数分别为20.9%和23%时,火焰沿薄壁材料表面的传播速度为2.47 mm/s和3.01 mm/s,参照此速度得出了在不同大气压力下,火焰传播速度为2.47 mm/s和3.01 mm/s时对应的氧气体积分数.     

CO_2对受限空间煤明火燃烧的灭火机理

为探究不同体积分数CO_2对受限空间煤明火燃烧的灭火机理和灭火效率,采用自主研制的煤明火燃烧实验装置,对平煤八矿煤样进行了通入3种不同体积分数CO_2和持续时间条件下的煤明火燃烧灭火实验,测定了煤燃烧过程中温度、标志性气体(O_2、CO和CH_4)组分体积分数以及热释放速率的变化规律;同时利用化学动力学软件CHEMKIN模拟了不同体积分数CO_2熄灭CH_4/O_2火焰中主要自由基体积分数、反应物与燃烧产物体积分数随火焰高度的变化关系,以此分析了CO_2抑制煤有焰燃烧的作用机理.结果表明:CO_2体积分数越高,在煤有焰燃烧阶段,CH_4燃烧火焰中的自由基H、O和OH的生成速率越低,因此火焰熄灭得越快,煤体温度上升速度、耗氧量和热释放速率越低,同时,CO和CH_4体积分数的下降速度越小;而在煤阴燃熄灭阶段,煤体温度、CO和CH_4体积分数的下降速度越快,耗氧量和热释放速率则进一步减小.由此说明CO_2的体积分数越高,对煤明火燃烧熄灭全过程的灭火效率越高,但只通入CO_2 10,min,则会发生复燃.     

七氟丙烷与火焰作用过程中产生的氟化氢研究

采用激光吸收光谱分析法,测试了不同体积分数七氟丙烷与杯式燃烧器火焰作用过程中氟化氢产生量,研究了七氟丙烷体积分数对氟化氢产生量的影响规律.测试了七氟丙烷在不同灭火速度下熄灭杯式燃烧器火焰时的氟化氢产生量,考察了灭火速度对氟化氢产生量的影响.结合试验测试结果,分析了七氟丙烷灭火时的热分解过程及灭火机理.结果表明,七氟丙烷与燃烧杯火焰作用过程中,在七氟丙烷体积分数远远小于临界灭火体积分数(8.4％,乙醇火)时,其体积分数越高,产生的氟化氢质量体积分数越大,当七氟丙烷体积分数增大到1.3％时,氟化氢质量浓度超过4000 mg/m3.使用七氟丙烷熄灭燃烧杯火焰时,灭火速度越快,灭火剂与火焰的作用时间就越短,产生的氟化氢质量浓度就越低.     

环境压力对热厚固体材料表面火焰传播的影响

通过实验对热厚聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板表面向上和向下传播火焰进行观测,研究了环境压力和氧气浓度对火焰传播和熄灭的影响.对于向下传播火焰,火焰传播速度与压力和氧气浓度之间的关系为■;利用Damk?hler数将火焰传播速度随压力的变化划分成了两个区域:化学反应控制区和传热控制区.对于向上传播火焰,存在与氧气浓度有关的临界环境压力,将火焰传播划分成两种模式.当环境压力小于临界压力时,火焰为根部退后传播模式;当环境压力大于临界压力时,火焰为燃料退化燃烧模式.两种传播模式的转变压力随着氧气浓度的增加而降低.     

基于富氧燃烧的超高温火焰点火实验研究

为应对火电机组锅炉内燃式点火燃烧器存在的结焦和烧损问题,提出了一种基于富氧燃烧的超高温火焰点火方法。利用热态实验的方法研究了超高温火焰发生器在纯氧条件下的着火特性,重点分析了火焰特征与氧气体积流量的内在联系,提出外燃式富氧-煤粉燃烧器模型,并通过实验研究了该燃烧器点燃贫煤煤粉气流的实际情况,分析了给煤量和氧气体积分数对煤粉燃烧的影响。结果表明:在纯氧助燃条件下,超高温火焰发生器能够产生温度高达1 970℃的眩白色燃油火焰;本方法产生的煤粉火焰的最高温度达到947℃,煤粉气流的最佳煤粉浓度为0.35 kg/kg,最佳氧气体积分数范围为33%～37%。     

微尺度条件下反复熄燃火焰特性的实验研究

在可视化微尺度燃烧实验台上进行甲烷和氧气的燃烧试验,利用高速数码照相机捕捉到了火焰面在微通道内的传播过程,测试分析了不同进气流量下反复熄燃火焰的可燃极限、火焰传播速度和火焰间隔时间,获得了反复熄燃火焰(Flames with repetitive extinction and ignition, FREI)的燃烧特性。结果表明,随着甲烷进气流速的增加,可以形成FREI火焰的氧气进气流速范围也在扩大;在甲烷进气流速一定的情况下,随着氧气进气流速的增加,火焰的传播速度也逐渐增加,并且火焰重复点燃的间隔时间呈现先变大后逐渐变小的规律,即火焰重复点燃的频率先变慢后又逐渐变快直至火焰熄灭。     

稀释燃烧的火焰稳定性

采用实验研究的方法探讨了反应物预热温度与稀释率两个因素对稀释燃烧火焰稳定性的影响.实验以氮气稀释的甲烷-空气对冲扩散火焰为研究对象,确定了不同反应物预热温度与氧化剂稀释率(氧气体积分数)时火焰的熄火极限,结果表明,增大反应物预热温度拓宽了火焰稳定燃烧区域,而增加氧化剂稀释率(降低氧气体积分数)会降低稀释火焰的稳定性,二者对火焰稳定性的影响作用相反.为了进一步分析反应物预热温度与稀释率对火焰稳定性的影响程度,引入了估算的Damkohler数,分析表明,在实验研究范围内,反应物预热温度对火焰稳定性的影响比稀释率的影响显著,是火焰稳定性的主要影响因素.     

富氧煤粉气流着火机理的实验研究

针对环境氧浓度发生变化时,煤粉气流的反应动力学级数和机理都会发生变化的情况,采用一维火焰炉对神木烟煤在富氧条件下的着火机理进行了实验研究.结果表明:采用着火时烟气中CO和CO2体积分数的变化规律来判断煤粉气流的着火是可行的;当环境中氧气体积分数从21%升高到40%时,神木烟煤的着火完成了从均相着火向多相着火的转变,同时随着着火温度的降低,着火时刻烟气中热解产物的含量迅速降低.     

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。     

高温氧气发生器在W火焰锅炉中的点火特性

针对燃用无烟煤的W火焰锅炉在冷态启动过程中要消耗大量燃油的问题,提出了一种高温氧气直接点火技术:用少量燃油将氧气加热至高温状态,然后用高温氧气直接点燃无烟煤煤粉气流.利用热态点火实验和数值计算方法证明了该技术的可行性和有效性.结果表明:利用高温氧气发生器可将氧气安全可靠地加热至最高可达1 450℃的高温状态;在纯氧氛围的作用下,燃油具有瞬间燃尽的特点;高温氧气发生器出口处的温度场和氧气质量分数呈现均匀分布;当高温氧气发生器的点火热功率为700kW时,无烟煤煤粉气流的火焰温度达到1 250℃,火焰长度超过8m.     

燃气锅炉污泥气化气体燃烧过程数值模拟

采用Ansys Fluent软件模拟了1个基础工况与8个对比工况下污泥气化气体在某燃气锅炉炉内的流动及燃烧过程.结果 表明:炉内气流旋转上升的同时剧烈燃烧;基础工况下底部喷口截面最高平均温度可达1200 K;改变空气和燃气入口速度对炉内燃烧温度以及氧气、二氧化碳体积分数有较大影响;增大燃气入口速度后,底部喷口截面平均温度达到1300 K,该区域平均氧气体积分数明显减小;污泥气化气体中可燃组分增大会使炉内燃烧反应加剧,燃气中一氧化碳体积分数增大到18％时,底部喷口截面平均温度达到1400 K,但对大部分炉膛高度下的平均氧气体积分数和平均二氧化碳体积分数的影响较小.     

一种新型平焰烧嘴在空气和氧气助燃条件下燃烧特性对比研究

为了研究新型平焰烧嘴的纯氧燃烧特性,通过空气与纯氧助燃对比实验,对新型平焰烧嘴在不同工况下的火焰分布、火焰面上方50 mm处温度分布及CO体积分数分布进行分析。助燃管至烧嘴中心轴线距离变化范围为0～60 mm,燃气流量为0.5 m~3/h,空气(氧气)过量系数为1.06。研究表明:空气(氧气)旋流造成的负压区使回流的阻力减小,高温炉气回流到焰心挤压在旋流的中心,促进气流附壁,使燃烧稳定;在相同的助燃管距离下,纯氧助燃旋流强度总低于空气助燃,燃烧区域较小,燃烧温度提高,CO排放量低于空气助燃;燃气和助燃气混合流股的旋流强度与CO峰值体积分数成反比,随着助燃管至烧嘴中心轴线距离增大,两种助燃条件的旋流强度随之增加,燃烧范围扩大,火焰峰值温度和CO体积分数总体降低;当助燃管距离为60 mm时,纯氧助燃旋流强度和燃烧面积达到最大,火焰峰值温度和CO体积分数降至最低,混合程度最好,燃烧效果最佳。     

微尺度细管内热损失对火焰动力学的影响

针对微尺度细管内火焰传播问题,通过数值模拟研究了点火能量和壁面热损失对火焰传播模式的影响.数值模拟中观察到熄火现象和低速稳定传播的火焰,但并未观察到爆燃向爆轰转变.在以二维管道高度和初始已燃区长度构成的坐标图中,低速稳定火焰传播模式呈现半岛形,具有上、下两个熄火极限,其中熄火下极限位于由初始点火区域面容比决定的双曲线上方．对于低速稳定火焰传播模式,火焰尖端的传播速度与层流火焰速度较为接近．火焰面前方的气体几乎静止,火焰面后方有一个回流区,已燃气体向闭口端运动．     

汽油机富氧燃烧过程火焰传播模型研究

针对汽油机的燃烧特点,研究汽油发动机富氧燃烧技术及燃烧过程中氧元素的作用机理,从燃烧火焰传播速度出发,把进入气缸助燃的空气中氧气的体积分数作为主要因素,建立汽油发动机富氧燃烧火焰湍流传播模型,来反映汽油燃烧的速率和燃烧火焰的传播特征.在Honda G200汽油机上进行了相关试验,结果表明,所提出的富氧火焰传播模型能够较好地模拟汽油发动机的燃烧及动力性能.     

低氧稀释条件下煤粉颗粒燃烧特性实验研究

在平面扩散火焰煤粉燃烧实验系统上采用光纤光谱仪和CMOS相机分别测量了不同燃烧气氛(O_2/N_2、O_2/CO_2)、热协流温度(1 473～1 873 K)和氧气体积分数(5%～20%)下烟煤煤粉燃烧火焰的辐射光谱和火焰图像,获得了不同燃烧条件下煤粉颗粒温度沿程分布和燃烧特性。结果表明:在O_2/N_2或O_2/CO_2气氛下,随着热协流温度和氧气体积分数的降低,火焰颜色由亮黄色逐渐转变为暗红色,煤粉颗粒温度降低;随着热协流氧气体积分数的下降,煤粉颗粒温度波动系数减小了37%,颗粒温度分布更均匀;与O_2/N_2气氛相比,O_2/CO_2气氛下煤粉火焰光强减弱,煤粉着火距离增加,煤粉颗粒的平均温度降低了24～103 K,颗粒温度波动系数最大减小了24%。     

地沟油生物柴油与正丁醇/乙醇混合燃料燃烧火焰特性

为研究不同配比下生物柴油混合燃料燃烧特性,设计了一套生物质液体燃料雾化蒸发燃烧系统,该系统可产生生物柴油及其混合燃料层流预混火焰,结合OH-PLIF平面激光诱导荧光技术测定并分析燃烧火焰的高度和锋面面积以及层流预混火焰的传播速度和OH-PLIF总信号强度等燃烧特性.结果表明随着正丁醇或乙醇添加比例的增大,两种混合燃料燃烧火焰高度、火焰锋面面积呈下降趋势;火焰传播速度呈上升趋势.在混合燃料中,正丁醇的体积分数越大,燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越大,而乙醇的体积分数越大,混合燃料燃烧火焰OH-PLIF总信号强度越小.     

氢气/甲烷扩散火焰特性实验研究

燃烧的基本特性如抬举高度、层流燃烧速度以及射流出口速度等与燃烧装置的设计有关。对纯氢气火焰、氢气/甲烷、氢气/甲烷/CO2扩散火焰的抬举高度和射流出口速度进行了实验研究,并对层流燃烧速度进行了分析。研究认为,抬举高度随着射流出口速度的增加而线性增加。层流燃烧速度随氢气体积分数的增加呈指数增长,特别当氢气体积分数40%以后,层流燃烧速度随氢气体积分数显著增加。     

低氧稀释条件下不同煤种着火燃烧特性实验研究

在平面火焰煤粉燃烧实验系统上研究了O2/CO2气氛中不同热协流温度(1473～1873 K)和氧气体积分数(5％～20％)下神木西烟煤、长平贫煤和济源无烟煤煤粉的着火和燃烧特性.采用光纤光谱仪和CMOS相机分别获取了煤粉燃烧的火焰辐射光谱和火焰图像,比较了不同燃烧条件下不同煤种的煤粉着火距离、颗粒温度和颗粒温度波动系数...     

预混火焰在冷壁面狭缝中传播与熄灭的判据

模拟了非稳态预混乙炔-空气火焰在冷壁面平板狭缝中的传播与熄灭,针对壁面散热和狭缝高度对火焰形状和火焰传播状态的影响进行了重点讨论,结果显示,火焰在较大的狭缝通道中会经历一个由郁金香状向蘑菇状转变的过程,即壁面散热抑制了郁金香状火焰的形成,较小狭缝通道中的火焰初始时刻会形成蘑菇状火焰,但随着散热的加强,火焰会逐渐熄灭,另外,系统分析了火焰在不同高度狭缝中的传播与熄灭状态,提出了火焰部分熄灭和完全熄灭的判定标准,即火焰在平板狭缝中传播与熄灭的判据。