简单立方堆积床内火焰特性的试验研究

多孔介质燃烧具有效率高和稳定性好等特点，提出一种简单立方堆积结构.该结构由氧化铝颗粒堆积床和双层碳化硅泡沫陶瓷组成，用以对其中的过滤燃烧特性开展试验研究.通过改变预混气体当量比和入口速度，研究在不同工况下的火焰可燃界限、火焰传播规律、CO排放规律和燃烧效率.研究发现：火焰的驻定和传播取决于区域温度、当量比和流速；在颗粒直径为40 mm的堆积床中，火焰易于传播且燃烧效率较高，而颗粒直径为20 mm的堆积床更有利于稳定火焰.     

甲烷/空气燃烧NOx排放数值模型对比

为明确不同NO_x数值模型对甲烷/空气燃烧NO_x生成特性的适用性和差异性，以射流扩散火焰、旋流预混火焰、燃气轮机燃烧室为研究对象，分析了NO_x后处理模型法、解耦详细反应机理法和附加NO_x输运方程法对甲烷/空气燃烧NO_x生成特性模拟的适用性和差异性。结果表明：火焰后方N₂O的生成量较少，NO₂的生成量极少，NO含量占总NO_x的95.00%以上；NO_x后处理模型法可准确模拟火焰附近的NO_x生成位置和火焰后方的NO_x生成速率，但该模型低估了火焰位置的NO_x生成量和生成速率，并且不能再现火焰锋面附近N₂O浓度先升高后下降的变化规律；附加NO_x输运方程法对火焰锋面处的NO_x生成位置、生成量和生成速率的计算精度最高，但该模型低估了火焰锋面后方的NO_x生成...     

重力场作用下三种不同燃料液滴在垂直电场中的燃烧特性

该文选取丙醇、癸烷、柴油为实验液滴燃料,通过利用高速摄像机对液滴燃烧时火焰和粒径的实时测量,以及激光诱导白炽光(LII)对碳烟体积分数的测量方法,研究了重力场作用下液滴在垂直电场中的燃烧特性。研究结果表明:三种燃料火焰高度均随极板间电压的增加而增加,火焰宽度随极板间电压的增加而减小;丙醇燃烧基本不生成碳烟,癸烷及柴油火焰中碳烟体积分数随极板间电压增加而减少;燃烧速率常数随极板间电压的增加而增加,其中丙醇、癸烷、柴油燃烧速率常数最大增加值分别为9%、20%、30%。分析研究表明:电场对火焰的拉伸有助于抑制碳烟的生成和促进碳烟的氧化,降低了火焰中的碳烟生成量,削弱了碳烟对外的辐射换热,从而促进了燃料的燃烧。     

垂直管道中锆粉云火焰传播速度特性及锆颗粒群燃烧模型

在粉尘云瞬态火焰实验系统上开展实验研究,揭示了垂直管道中锆金属云的火焰传播速度特性并建立了垂直管道中向上运动的锆颗粒群燃烧模型. 研究结果表明,锆颗粒的燃烧产物二氧化锆颗粒具有单斜和四方两种晶相. 管道中的锆粉云浓度高低可根据火焰锋面形状进行初始判断. 垂直管道中锆粉云的最大火焰传播速度随锆粉云浓度的增加先增大后减小,这是由于管道中富燃料燃烧缺氧和未燃颗粒吸收体系热能而造成. 锆粉云浓度为0.625 kg/m3时,管道中出现最快火焰的传播速度可达39.7 m/s. 在锆颗粒群燃烧模型中将颗粒燃烧过程分为4个阶段. 从宏观现象和微观机理上对锆粉云在垂直管道中的火焰传播过程进行了表征.      

管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性

粉末状的锆金属不仅燃烧速度快,而且燃烧释放出的热量非常高,作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域.锆金属以粉尘云的形态燃烧时,大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰,采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管道中的温度和速度特性.研究结果表明,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势,都随锆粉云质量浓度增加先增大后减小.当锆粉云质量浓度为0.625 kg·m-3时,出现最高火焰温度,可达1777.81℃,在此条件下管道中最快火焰传播速度可达39.7 m·s-1.当质量浓度超过0.625 kg·m-3后,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度都会降低,主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧.实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰温度值与最快火焰传播速度.     

FVM结合PDF方法研究湍流射流火焰中的辐射换热

为了考察湍流燃烧过程中的辐射换热效应，用有限体积和概率密度函数输运方程求解相结合的方法模拟了湍流自由射流火焰中的辐射换热，并对湍流辐射交互作用进行研究．计算结果表明，辐射换热作用将使火焰的温度有所降低；湍流辐射交互作用使辐射换热有较大幅度的增强，需要在辐射换热计算中予以考虑．     

燃烧法合成二氧化钛纳米颗粒的数值模拟

为了解火焰法合成纳米颗粒过程中流体力学和颗粒动力学作用过程,利用CFD商业软件FLUENT模拟了在湍流扩散火焰中合成TiO2纳米颗粒的过程．模型在没有考虑先驱物TiCl4反应的情况下,计算了在燃烧室内的速度场和温度场．假设当气体温度超过一定数值后,所有先驱物分子迅速转化为TiO2单分子;引入Kruis的颗粒动力学模型对产物颗粒直径、比表面积等进行了预测,研究了不同的火焰结构对其性质的影响,并分析其形成原因．结果表明颗粒的烧结特征,即温度是影响一级颗粒及聚集块尺寸的关键因素;火焰温度越高,聚集块中一级颗粒的数目增长得越快,出口处一级颗粒及聚集块的尺寸也就越大．     

隐式迭代方法求解颗粒能量方程

设计了一种隐式迭代方法求解颗粒能量方程,采用离散坐标方法计算炉膛内的辐射传热,完整地考虑颗粒能量方程中的辐射项.与常规差分方法的对比表明: 采用隐式迭代方法可以稳定颗粒相的计算,加速颗粒能量方程的收敛速度.为了考察颗粒辐射项对燃烧模拟的影响,分析了计入颗粒辐射项前后颗粒燃烧过程和全场燃烧模拟结果的差别.结果表明: 计入颗粒辐射项后,颗粒的燃尽时间增长,颗粒辐射份额在颗粒燃尽后占颗粒整体传热的50%左右;炉膛火焰峰面等高温区气相温度有所上升,屏区和低温壁面附近的气相温度有所下降. 实验对比表明考虑辐射项后,使得模拟结果向实验值趋近.     

自由火焰影像发展的测量和分析

利用ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅｓ）摄像和计算机图像采集技术，测量了若干种自由火焰在形成及燃烧蔓延过程中的影像发展．可用几何函数和傅立叶函数分别描述火焰形成及燃烧蔓延过程中的影像发展．通过对有关回归函数数据的分析表明，火焰形成受燃烧规律控制，火焰波动受空气介入影响．     

燃油炉火焰温度的双色法测量与辐射换热的计算

燃油炉火焰温度的双色法测量与辐射换热的计算陈石，张志千，吴小敏（动力工程系）关键词：燃烧炉；火焰温度；辐射热传递分类号：ＴＫ１７５；ＴＫ２２９．７为了提高设备的燃烧效率并降低排放的污染，越来越重视燃烧过程及燃烧设备的改进。本文利用双色法测量了圆筒形燃...     

脉动燃烧抑制乙炔扩散火焰碳烟排放的研究

针对乙炔燃烧高碳烟排放的问题,提出对火焰施加脉动波以抑制碳烟的生成并对抑制效果进行了研究。分析了振幅、频率、喷嘴内径、燃料流量和波形对碳烟抑制效果的影响。结果表明:随着振幅的增大,碳烟生成量明显下降;当施加频率为40 Hz、振幅为0.02 V的脉动波时,碳烟抑制率超过90%;在振幅不变的情况下,碳烟抑制率先随频率的增大而增大,在频率为40 Hz的条件下,抑制率最优,而后随频率的增大开始下降,当频率大于80 Hz时基本上不变;喷嘴内径与碳烟生成量没有明显的相关性;在其他条件不变时,采用相对较小的燃料流量,脉动对碳烟生成的抑制效果更好;在锯齿波、方波、正弦波3种波形中,方波对碳烟生成的抑制效果最好。扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)结果表明,脉动燃烧可以抑制碳烟颗粒的团聚和促进碳烟颗粒的氧化,使其颗粒变小,最终达到抑制碳烟生成的目的。因此,脉动燃烧是一种抑制碳烟生成的有效手段,可为燃烧污染控制提供参考。     

2.5MW煤粉氧燃烧旋流火焰数值计算

为了准确地数值预报煤粉旋流火焰特征和主要烟气成分,比较扩展的涡耗散模型在多湍流模型下的预测性和影响,针对IFRF(国际火焰研究基地)2.5MW煤粉氧燃烧和空气燃烧实验,利用组分输运方程,结合7步改进的总包反应,对炉内煤粉氧燃烧进行数值计算,并与实验结果和空气燃烧基况对比.结果表明:氧扩散率、发射率和比热容等物性参数修正后,湿循环、氧预混二次流的煤粉氧燃烧扩散火焰温度场与空气燃烧总体一致,火焰稳定且为Ⅱ型火焰结构;EDC模型(涡耗散概念模型)对组分预测更为准确,尤在可实现k-ε模型下的缓慢反应CO生成和IRZ(中心内回流区)高温预测;而FRED模型(有限速率涡耗散模型)在多湍流模型下对炉内温度、组分、火焰结构预测亦较准确.     

N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响

利用紫外成像系统获得了CH_4/O_2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH~*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N_2和CO_2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N_2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH~*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N_2稀释火焰相比,反应机理转变对CO_2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。     

微重力下不可燃气体对火焰沿薄燃料表面传播的影响

数值模拟研究表明，不可燃气体对火焰传播有重要的影响.当不可燃气体为N2时，在分析中可不考虑辐射再吸收的影响，热传导是火焰传播的主要驱动力.而当不可燃气体为CO2时，辐射再吸收对火焰结构和传播速度有较大的影响.在静止微重力下，火焰对燃料表面的热辐射和热传导在火焰传播机理中的作用几乎相同，火焰传播速度具有最大值.随着逆流速度的增大，辐射再吸收对火焰传播的影响逐渐减弱，热传导又成为火焰传播的主要驱动力.     

磁场作用下液体乙醇微尺度扩散火焰的实验研究

通过实验研究了微尺度扩散火焰的长度、温度以及火焰稳定燃烧的流量范围随磁感应强度变化的关系。实验结果表明：对液体乙醇微尺度扩散火焰,当其在固定磁场的作用下,火焰的高度会降低,火焰的温度会有所升高,火焰稳定燃烧的流量范围扩大。这是固定磁场对火焰中没有完全燃烧的离子和离子团作用的结果。实验结果为掌握磁场对液体燃料微尺度扩散火焰的影响规律,用磁场来强化微燃烧提供了有益的参考。     

Android平台上基于粒子系统的喷射型火焰模拟

针对传统粒子系统的燃烧型火焰模型在Android移动平台上模拟火焰喷射装置发射喷射型火焰运动状态时,由于采用了随机运动方式,产生大量粒子,无法满足系统实时性及逼真性的问题。提出一种燃烧学模型与粒子系统相结合的改进方法来模拟喷射型火焰。根据喷射型火焰燃烧学理论,提出按火焰生命周期进行分阶段渲染多种纹理的火焰仿真方法来减少每帧生成的粒子数。同时,构建了半四面体粒子图元来增强喷射火焰的细节,能生成较真实喷射火焰效果。实验证明,改进的模拟方法可以通过较少粒子数达到较好的视觉真实感,满足实时喷射火焰生成需求。     

基于火焰过程信息的沥青搅拌站燃烧状态监测

为了在线监测热再生沥青搅拌站干燥、加热状态,首先通过高温CCD图像探测和火焰检测器搭建了燃烧器燃烧信息检测系统,对所提取的火焰图像和辐射信息进行去噪处理,在线提取加热干燥过程中火焰图像和辐射特征信息;分别改变燃油温度、雾化气压、燃油量等燃烧参数,对燃烧火焰的辐射和图像过程信息进行提取和试验研究,分析不同燃烧阶段火焰辐射状态,通过图像处理算法分别提取火焰图像亮度均值和均值标准差。研究结果表明:风/油比、燃油温度、雾化压力对燃烧过程火焰图像和辐射特征有较大的影响,且影响形式不同;单一的燃烧火焰辐射特征信息无法充分表征燃烧状态,通过多信息融合,燃烧火焰亮度均值和标准差等过程信息能准确表征燃烧器燃烧状态;同时在线提取燃烧火焰辐射和图像信息,能准确判定燃烧器的燃烧状态。     

旋流稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰的数值模拟

为研究瓦斯燃烧器的火焰特性，采用κ-ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型及综合辐射模型，对旋流稳焰瓦斯燃烧器湍流扩散火焰进行了数值模拟。研究结果表明，在旋流作用下，在火盆及其前端附近区域内形成了中心回流区，使燃气与助燃空气在此处发生剧烈掺混而被点燃，这有利于火焰稳定。在火焰前端仍存在一个高温尾流区，在选用和设计燃烧器时应充分考虑这一现象。燃气喷孔直径对火焰长度的影响非常显著，喷头顶部气孔位置和火盆锥口角对火焰长度影响较小。随着空气过剩系数和燃气中空气含量的增加，火焰长度明显减小。在实际应用中，应充分考虑燃烧器结构和操作条件的影响，以提高加热炉的效率和安全性。     

常规大容量煤粉锅炉炉内通过燃烧控制降低NO_x的主要措施探讨

本文根据NO_x生成的机理,从快速着火、高温燃烧、控制火焰结构等几个方面阐述了国内电厂大容量煤粉锅炉降低NO_x的有效措施；同时定量分析了几种因素对NO_x排放的影响。     

细水雾作用下固体PMMA燃烧特性的实验研究

利用三维激光粒子动态分析仪对细水雾喷嘴的雾场特性进行了测量,选择固体PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为典型燃料研究细水雾与聚合物火焰的相互作用过程,重点考察细水雾抑制熄灭PMMA火的机理以及细水雾对PMMA燃烧特性的影响.结果表明,在细水雾扑灭PMMA火的不同阶段,主导灭火机理不同.在火焰抑制初期,火焰冷却与氧气稀释起主导灭火作用;但火焰完全被熄灭,依赖于细水雾对燃料表面的有效冷却.细水雾可以有效降低PMMA火的热释放速率与组分生成速率,但氧浓度的降低会使燃烧变得更加不充分,有毒产物的生成比例提高.细水雾对烟气也具有显著的洗涤与冲刷作用,不仅提高了火场的能见度,还能吸附与溶解有毒产物,促使烟颗粒凝聚,从而降低聚合物火灾烟气的危害性.