微细通道内可燃气体预混燃烧实验与微型发动机燃烧方案

针对微型涡轮气体发动机的研制现状，讨论了微细通道稳定燃烧面临的难题。开展了微细通道内燃气与空气预混燃烧的火焰稳定性实验研究，通过测试获得了氢气和乙炔燃烧的着火浓度极限。结果表明：微细通道内可燃气体与空气的预混燃烧具有可行性，但可燃浓度范围明显缩小；采用增压燃烧，可以扩大其可燃浓度范围，提高燃烧稳定性；与大通道相比，微细通道不易发生回火，但容易发生火焰吹熄，而燃气浓度较高的混合气流相对不易被吹熄，燃烧稳定性较好。     

通用甲烷层流预混火焰半详细化学动力学机理

提出了一套用于描述甲烷－空气层流预混火焰的含有N化学和C2化学反应的半详细化学动力学机理，由79个基元反应和32种物质组成，根据需要可进一步简化。计算和实验结果对比表明，该机理能合理描述火焰结构和传播速度，其中N化学对火焰传播速度没有影响，C2化学在富油时会提高传播速度。对N化学反应的计算分析表明，在不同当量比条件下，NOx可由不同含N物质所组成，调整CH＋N2^-=HCN N的速率常数可改变NOx的生成浓度。     

有序堆积床内预混气体燃烧特性实验研究

为研究预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰燃烧特性,设计了一种新型多孔介质燃烧器,其中多孔介质区域由氧化铝圆柱体有序堆积而成.分别研究了当量比和入口速度对甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中的火焰温度分布、火焰最高温度以及火焰传播速度的影响.结果 表明:在当量比0.162～0.324、入口速度0.287～0.860 m/s...     

初始压力对甲烷-空气预混气体燃烧特性的影响研究

试验采用高速纹影系统和压力传感器对甲烷-空气预混气体定容燃烧特性进行了研究,分析了不同初始压力对火焰传播特性的影响以及定容燃烧弹中压力的变化规律。试验结果表明:随着初始压力的增加,火焰的传播速度变化不大,并且有减小的趋势,当初始压力超过0.14 MPa后火焰的燃烧速度会发生突变而增大;初始压力的变化对定容燃烧弹中燃烧压力的影响十分显著,当初始压力为0.10 MPa时,最大燃烧压力Pmax=0.703MPa;而在初始压力为0.16 MPa时,最大燃烧压力Pmax=1.42 MPa;随着初始压力的增加,火焰变得愈发的不稳定。     

层流预混火焰传播速度与火焰稳定传播界限的测定

采用本生灯法和直管法测定了液化石油气（LPG）、甲烷与氢燃料质子交换膜燃料电池（PEMFC）阳极尾气与空气的三种不同浓度混合气的层流火焰传播速度。此外,对三种不同浓度可燃混合气火焰的稳定传播界限也进行了测定。实验结果为多燃料燃烧器的开发提供了设计依据。     

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．     

微细通道内氢气辅助甲烷催化氧化的数值模拟

对微圆管内低浓度氢气、甲烷混合气在铂表面的催化氧化进行了数值模拟,重点研究了添加氢气对甲烷反应的影响机理.结果表明,氧气占据空位活性中心抑制了甲烷的吸附,导致较高的催化着火温度;氢气的掺入可以降低甲烷氧化反应的起始温度和着火温度;在铂催化剂表面,甲烷的催化氧化发生在氢气的燃烧过程中,氢气在燃烧过程中消耗氧气,为甲烷的反应提供必需的空位活性中心(Pt(s));甲烷的着火主要受其自身的激发,甲烷着火以前,壁面活性中心几乎全被氧占据,而甲烷着火以后,O(s)和Pt(s)同为主要壁面组分.     

壁面油膜对甲烷预混气燃烧特性和排放的影响

针对壁面油膜与预混火焰的相互作用过程,采用数值模拟研究方法,考察了不同初始条件下,多组分柴油油膜对甲烷-空气预混火焰传播过程淬熄、壁面热通量等燃烧特性和碳烟、氮氧化合物NOx、未燃碳氢化合物(UHC)等排放的影响.首先,考察了温度为800～1100 K,压力为1.5～2.5 MPa、壁面温度为350～450 K和当量比...     

常温高预混度甲烷火焰燃烧特性研究

使用自行研制的微型天然气燃烧装置,利用FTIR发射透射技术,借助傅立叶变换红外光谱仪在线测量了常温高预混度条件下甲烷火焰的温度和辐射力。通过试验得出了较高预混度条件下常温甲烷火焰的碳黑生成、火焰辐射和火焰温度等方面的燃烧特性。     

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。     

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。     

障碍物结构对管道中预混火焰加速的影响

在一端封闭、一端开口的火焰传播管中均匀布置障碍物，研究了障碍物结构对管道中预混火焰传播的影响。结果表明，由于障碍物的扰动，火焰不断加速，在阻塞比相同的条件下，最终的火焰稳态速度与障碍物的形状和间距基本无关，其中障碍物间距仅仅影响火焰的加速速率，在障碍物间距约等于火焰传播管内径（W/D≈1.0）时，平均火焰速度达到最大值，火焰到达稳态传播的距离最短。同时，本文用一维简化模型模拟了火焰在障碍物管道中的加速过程，计算结果与实验测试结果在定性上比较吻合，说明在管内火焰速度较低的情况下，用一维可压缩流动近似处理能初步揭示管内火焰的加速机制。     

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。     

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．     

微小空腔内气体的预混燃烧

采用Longwell良搅拌反应器模型和详细化学反应机理对微尺度空腔内气体预混燃烧过程进行了零维数值模拟,从微腔体内稳定燃烧的临界半径、点火极限以及稳定流率范围着手,分析了不同预混气成分、不同当量比和不同环境对流换热系数等外部条件对微尺度燃烧点火与熄火特性的影响.稳定燃烧时,大腔体可对应较大的上极限流率,低预混气流率可对应较小的下临界半径;腔体越小(或流率越大),系统启动所需的温度和压力越高.     

柴油机预混合燃烧滞燃期的试验

滞燃期是柴油机预混合燃烧当中一个极为重要的参数.在电控共轨柴油机上进行了EGR率、喷油始点、喷油压力、负荷、转速和进气温度等单一参数对预混合燃烧滞燃期的试验研究.结果表明,名义过量空气系数能够帮助解释各试验参数对柴油机预混合燃烧滞燃期的影响.混合气的温度、压力和混合气中O2浓度影响柴油机预混合燃烧的滞燃期.提高进气温度...     

掺混甲烷对预混合丙烯火焰碳烟生成的影响

基于当量比为1.79且最高火焰温度为1 829 K的预混合丙烯火焰,研究了燃料掺混对碳烟生成的影响以及协同效应.分别将5％、20％、40％摩尔分数的甲烷混合到丙烯中,形成具有相同当量比和最高火焰温度的预混火焰.使用微孔探针采样技术和扫描电迁移率粒径谱仪,在燃烧器稳定滞止火焰中测量了碳烟粒径分布.研究发现,掺混甲烷后的火...     

两次喷射模式下部分预混燃烧火焰发展模式的光学诊断研究

基于一台光学发动机,在1 200r/min的转速下以正庚烷为燃料,应用高速摄像的方法研究了两次喷射模式下部分预混燃烧(partially premixed combustion,PPC)中的火焰发展模式,分析了两次喷射控制燃烧反应速率的机理。研究发现,在上止点之前单次喷射时,燃烧为典型的PPC燃烧,火焰发展模式被多点自燃主导。上止点之前两次喷射,火焰同样被多点自燃主导。相比于单次喷射,两次喷射没有改变火焰发展模式,对放热规律的影响较小。推迟第二次喷射的喷射时刻,可以增加扩散燃烧比例,降低放热率峰值,但是燃烧图像中碳烟信号明显增强。两次喷射都位于上止点之后时,火焰发展模式以火焰传播为主,放热率峰值降低,燃烧图像没有明显的碳烟信号。两次喷射可以改变火焰发展模式,有效地控制燃烧反应速率的同时保持较低的碳烟排放。