1-戊烯层流火焰传播速度的测量

1-戊烯是国产93号汽油的重要烯烃组成成分,通过定容弹燃烧实验系统测量了1-戊烯在初始压力0.1,MPa和0.3,MPa,初始温度350,K和450,K、当量比从0.5~1.6的层流火焰传播速度,结果表明初始压力的升高对1-戊烯的层流火焰传播速度有抑制作用;而初始温度的升高则对其有促进作用;随着当量比的增大,层流火焰传播速度先增大,在当量比为1.1处取得最大值,而后随之下降.对比1-戊烯反应机理计算结果发现,机理计算结果无法较好地与实验结果吻合,并且机理过于庞大,无法应用于实际CFD计算.     

添加含氧燃料对正庚烷火焰特性的影响研究

利用定容燃烧弹系统,在定容、预混、理论空燃比的情况下研究正庚烷、MTBE/正庚烷和乙醇/正庚烷的预混燃烧过程.通过高速摄像系统拍摄了正庚烷、MTBE/正庚烷和乙醇/正庚烷的层流预混阶段火焰传播过程,通过对比燃烧火焰照片和对应的压力曲线,计算分析了3种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度等,并且分析比较它们之间的差异.结果表明,庚烷中加入MTBE和乙醇后,拉伸和无拉伸层流火焰传播速度加快,马克斯坦长度增加,火焰的稳定性增强.     

汽油与异辛烷/正庚烷的燃烧特性分析

利用定容燃烧弹系统,研究了相同辛烷值的两种燃料-标准汽油和异辛烷/正庚烷在化学当量比条件下的预混燃烧过程.通过高速摄像系统拍摄了标准汽油和异辛烷/正庚烷的层流预混阶段火焰传播过程,着重分析、比较了两种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度.结果表明,虽然两者辛烷值相同,但是异辛烷/正庚烷拉伸和无拉伸层流火焰传播速度均高于标准汽油的,而且标准汽油对应负的马克斯坦长度,其火焰稳定性较差,异辛烷/正庚烷对应正的马克斯坦长度,其火焰的稳定性较好.从火焰外观上,两种燃料的前期火焰基本一致,为淡蓝色预混火焰;但后期火焰的差异很大,汽油呈碳粒型燃烧,而异辛烷/正庚烷则为充分预混型.     

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.     

甲烷-正庚烷混合物的预混层流火焰研究

利用球形传播火焰试验和一维平面火焰数值模拟对0.1 MPa、393 K条件下甲烷-正庚烷混合物的预混层流燃烧特性进行了研究,其中当量比从0.7到1.5、甲烷含量从0到100%,.结果表明:随着甲烷含量的提高,甲烷-正庚烷混合物的层流燃烧速度和Markstein长度首先基本保持不变,呈现出与正庚烷类似的特性,当甲烷含量达到75%,时,其层流燃烧速度和Markstein长度开始不同于正庚烷,逐渐发生变化.结合层流燃烧速度的敏感性分析,对混合物一维平面火焰中主要自由基的浓度和主要基元反应的反应速率随甲烷含量的变化进行了研究,发现当甲烷含量增至75%,时,主要自由基(·H、·OH和·O)的摩尔分数峰值和基元反应(R1 H+O_2=O+OH、R24 CO+OH=CO_2+H)的反应速率峰值都开始发生变化.     

二甲醚及癸烷层流火焰传播速度动力学模拟

燃料的火焰传播速度对燃烧,尤其在火焰传播、火焰驻定等方面具有重要影响。采用文献报道的详细机理进行计算,对可再生生物燃料二甲醚以及煤油的替代燃料癸烷的层流火焰传播速度进行数值模拟研究,分析了不同当量比、温度、压力对二甲醚和癸烷的层流火焰传播速度的影响,得到了包含温度、压力、当量比影响的火焰传播速度计算的经验关系式。结果表明,两种燃料的层流火焰传播速度均在当量比空间上近似呈现出抛物型分布,并均在1.1附近达到最大值;随着温度的增加而增大,且温度越高越敏感;随着压力的增加而减小,呈现出反比的关系。与文献中的实验结果对比表明,本文得到的经验公式可以在一定温度和压力范围内较准确的预测层流火焰传播速度。     

高压下氢气-乙醇球形膨胀火焰的层流燃烧速度和火焰不稳定性研究

在初始温度为400 K、不同的初始压力（0.1 MPa、0.4 MPa）、氢气比例（70%、80%）和当量比（0.7～1.4）条件下进行氢气-乙醇预混燃烧实验,使用高速纹影技术记录火焰传播图像。对氢气-乙醇球形膨胀火焰中的层流燃烧速度（LBV）进行实验研究,发现LBV随着氢气比例的增加而增加,压力升高却有着负影响。对火焰发展不同阶段的火焰形貌进行了研究。当火焰表面的大裂纹分裂出现小裂纹并且导致新细胞再生时,火焰变得不稳定。通过热膨胀比、火焰厚度和刘易斯数等参数考察了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,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的敏感性较低。此外,增加氢气比例或初始压力会导致火焰更早遭受不稳定。     

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。     

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.     

焦炉煤气燃烧反应动力学机理简化与验证

为减少焦炉煤气燃烧室数值模拟的计算时长,基于直接关系图法和敏感性分析法对GRI Mech 3.0详细机理进行简化,通过理想反应器计算和二维数值模拟验证简化机理的有效性。结果表明：在较宽的参数范围内（初始温度300~800 K,压力0.1~2 MPa和当量比0.5~1.4）,含25组分、134步反应的简化机理可以精确计算焦炉煤气的层流火焰传播速度、点火延迟时间、火焰温度以及中间燃烧组分;得到的简化机理能够有效模拟射流火焰的反应物消耗、产物生成、温度以及中间产物分布等特征,在保证计算精度的前提下,大幅减少了数值模拟的计算时长。     

火焰图像法计算气体层流燃烧反应动力学参数

采用本生灯实验系统对CH4/CO/空气混合的层流火焰传播速度进行了测量,并对系统进行了改进,找到了更为高效准确的火焰图像数据处理方法给出了计算预混气体层流火焰传播速度的公式,通过该公式可对燃料在特定条件下燃烧的表观活化能、反应级数、频率因子等参数进行进一步推算,并推算了该公式应用于不同燃空当量比工况时的修正因子.以CH4/CO单组分及混合燃烧为例,将模型预测结果与实验结果进行了对比,结果显示模型预测结果与实验结果吻合度高.     

柴油/DMF双燃料简化化学动力学模型的构建

首先基于2,5-二甲基呋喃(2,5-dimethylfuran,DMF)详细机理,运用峰值浓度分析法、反应路径分析法、敏感性分析法和反应速率分析法进行机理简化,构建了包含95种组分和352个反应的DMF简化动力学机理,并对激波管滞燃期和重要燃烧产物浓度进行验证。在此基础上,采用"解耦"思想耦合了柴油多组分替代物(正庚烷/甲苯/正己烯)简化机理,最终构建了一个包含123种组分和394个反应的柴油/DMF双燃料简化机理。研究结果表明:在较宽的当量比(0.5~2.0)和初始压力(0.1~8.0MPa)边界条件下,双燃料简化机理对滞燃期、射流搅拌反应器中物种摩尔分数、层流火焰速度等基础燃烧数据及零维单区内燃机模型组分生成规律吻合性较好。     

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.     

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.     

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...     

甲烷量对模拟煤层气层流燃烧速度的影响

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统研究了常温常压下模拟煤层气中甲烷含量对其层流燃烧速度的影响,得到了在不同当量比下甲烷含量对模拟煤层气层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度的影响规律.结果表明,随着模拟煤层气中甲烷含量的降低,混合气的拉伸层流火焰传播速度、无拉伸层流火焰传播速度在不同的当量比下均减小;化学当量比附近,不同甲烷含量对应的无拉伸层流火焰传播速度之间的差值较大.无拉伸层流火焰燃烧速度随甲烷含量变化的规律与无拉伸层流火焰传播速度变化的规律类似.     

应用图像处理技术进行预混层流火焰传播速度的在线测量

利用图像处理技术，根据层流预混火焰稳定燃烧的条件结合预混火焰燃烧模型，设计了火焰传播速度在线实时测量系统，通过图像采集在线获取火焰的静态图像，然后自动对图像进行滤波，边缘提取，再进行计算得到火焰传播前沿面积，在线算出火焰传播速度，这种方法具有非接触式测量的优点，利用它不仅可以测量层流预混火焰的传播速度，同时还为层流火焰的燃烧机理的研究提供一种直接的手段．     

稀释气对掺氢天然气层流预混燃烧燃烧速率的影响

在定容燃烧弹内研究了初始压力为0.1 MPa、初始温度为285 K时掺氢天然气-空气-稀释气体混合气层流预混燃烧的火焰传播规律,获得了分别使用氮气和二氧化碳作为稀释气时,在不同掺氢比、稀释度和当量比下的无拉伸层流燃烧速率,并分析了氮气和二氧化碳稀释气对燃烧速率的影响.结果表明:无拉伸层流燃烧速率随着掺氢比的增加而增加,随着稀释度的增加而减小,二氧化碳对燃烧速率的作用强于氮气.     

管道截面突缩对爆轰波起爆特性的影响

为研究管道截面突缩对爆轰波起爆特性的影响,在突缩比为5:3的截面突缩管道及直管内对不同初始压力下甲烷氧气预混气体的起爆特性进行了实验研究,利用离子探针获得管道内火焰传播速度,并通过二维数值模拟探究了3种不同突缩比的截面突缩管道内火焰及压力的传播特性.实验结果表明,截面突缩管道内爆轰波起爆距离随着初始压力的降低而逐渐增加...     

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。