稀疏波对预混火焰影响规律的试验研究

为揭示稀疏波与层流传播火焰的相互作用规律,以管道中传播的丙烷-空气预混火焰为研究对象,利用高速纹影摄像和压力测试等手段对稀疏波与火焰的干涉过程进行了研究．实验过程中采用不同的点火方案,分别对同向稀疏波和逆向稀疏波与火焰的干涉作用进行了研究．实验结果表明,稀疏波的干涉作用均能使火焰阵面结构发生变化、火焰产生明显震荡,并导致火焰由层流向湍流燃烧的迅速转变;但在稀疏波对火焰的作用的初始阶段,同向稀疏波会明显降低火焰传播速度,而逆向稀疏波则迅速增大火焰传播速度,并伴随着剧烈的震荡．     

二甲醚-氢气-空气混合气预混燃烧的实验研究

在定容燃烧弹中,研究了不同燃空当量比、掺氢比和初始压力下的二甲醚-氢气-空气预混合气的一系列层流燃烧特性参数,并且系统地分析了当量比、掺氢比和初始压力对燃烧的影响.结果表明:随着掺氢比的增大,火焰传播速率、层流燃烧速率、燃烧压力升高率和质量燃烧速率都明显增大,火焰发展期和燃烧持续期则随之缩短;当掺氢比较低时,随着当量比的升高,马克斯坦长度不断递减,即稀混合气的燃烧稳定性更高;当掺氢比较高时,随着当量比的升高,马克斯坦长度不断递增,即浓混合气的燃烧稳定性更高;最高燃烧压力随着初始压力的升高而升高,受掺氢比的影响相对较小.     

直流电场对预混CH4/O2/N2火焰传播特性影响的试验研究

为研究直流电场及其极性对火焰传播行为的影响,利用高速摄像法和球形扩展火焰理论在定容燃烧弹上展开了正负直流电场作用下预混CH4/O2/N2火焰传播规律的试验研究.试验结果表明:对于化学计量空燃比混合气,施加电场后球形火焰面在水平方向上被拉伸,拉伸火焰传播速率、无拉伸层流燃烧速率以及马克斯坦长度均随着输入电压幅值的增大而增大,且负电场比正电场的作用更加显著.当输入电压为-5 kV与5 kV时,火焰传播速率相对于未加电场时分别增加了10.85％和5.66％,而层流燃烧速率则分别增加了13.13％和6.98％.因此,电场能有效促进火焰传播,改善燃烧以及提高燃烧稳定性.     

二甲醚-空气-N2/CO2混合气层流燃烧特性研究

利用容弹球形火焰法测量了常温、常压下不同稀释系数、不同当量比时二甲醚-空气-N2/CO2混合气的层流燃烧特性.研究结果表明:拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度、无拉伸层流燃烧速率均随稀释系数的增大而减小.Markstein长度值随稀释系数的增大而增大,二甲醚-空气混合气中加入稀释气后提高了火焰前锋面的稳定性.二甲醚-空气混合气进行少量稀释后即可提高火焰的稳定性,继续增大稀释系数对提高火焰稳定性的作用不明显.无拉伸层流燃烧速率最大值随着稀释系数的增加向浓混合气方向偏移.随着稀释系数的增大,二甲醚-空气-稀释气混合气的稀燃极限向浓混合气一侧移动,浓燃极限向稀混合气一侧移动,可燃范围变窄.CO2作为稀释气对火焰传播速率和可燃区域的影响大于N2作为稀释气对火焰传播速度和可燃区域的影响.     

结构异常管路对瓦斯爆炸传播特性的影响

在实验研究的基础上,分析了结构异常管路对瓦斯爆炸传播特性的重要影响。研究结果表明,在拐弯处的瓦斯爆炸传播过程是一个压力波、火焰、复杂流动场相互作用的过程,压力波超压、火焰传播速度迅速增大,对拐弯处的壁面破坏特别严重。弯管角度对瓦斯爆炸传播特性有很大的影响,瓦斯爆炸通过不同角度的弯管后,火焰传播速度和压力波超压值都有不同程度的变化。管道拐弯既增加了燃烧区的湍流度而加速燃烧产生能量以推动加速传播,同时也因为拐弯而增大了总阻力和热量向壁面的传递,弯角处膨胀波也会抑制瓦斯爆炸的传播。管道拐弯对瓦斯爆炸传播特性的影响取决于抑制因素和激励因素的综合作用。     

预混火焰在狭缝通道中的熄灭机理研究

为了对预混火焰在平板狭缝中熄灭的内在规律进行探讨,给出了火焰在狭缝中熄灭状态的判断依据.通过模拟甲烷/空气预混火焰在平行板狭缝中淬熄的机理及过程,借助实验和计算在特定的狭缝高度下研究预混火焰的熄灭长度与传播速度间的关系,得出了化学反应放热和壁面散热等与预混火焰传播和熄灭状态间内在关系,这为防止预混可燃气体发生爆炸和燃烧提供依据,为设计和应用阻火器提供理论上的支持.     

二甲醚-空气-N2／CO2混合气层流燃烧特性研究

利用容弹球形火焰法测量了常温、常压下不同稀释系数、不同当量比时二甲醚-空气-N2／CO2混合气的层流燃烧特性．研究结果表明：拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度、无拉伸层流燃烧速率均随稀释系数的增大而减小．Markstein长度值随稀释系数的增大而增大,二甲醚-空气混合气中加入稀释气后提高了火焰前锋面的稳定性．二甲醚-空气混合气进行少量稀释后即可提高火焰的稳定性,继续增大稀释系数对提高火焰稳定性的作用不明显．无拉伸层流燃烧速率最大值随着稀释系数的增加向浓混合气方向偏移．随着稀释系数的增大,二甲醚-空气-稀释气混合气的稀燃极限向浓混合气一侧移动,浓燃极限向稀混合气一侧移动,可燃范围变窄．CO2作为稀释气对火焰传播速率和可燃区域的影响大于N2作为稀释气对火焰传播速度和可燃区域的影响。     

小尺度沸溢油池火灾燃烧速率特性试验研究

使用胜利原油对小尺度沸溢火灾燃烧速率特性进行了试验研究。分别记录了直径为0.1、0.15、0.2 m的原油沸溢油池火灾的燃烧过程,测量了燃烧速率和温度随时间的变化。根据燃烧速率和火焰高度变化对沸溢火灾燃烧进行阶段划分。探讨了不同直径及初始油层厚度对沸溢火灾燃烧速率的影响,在燃烧速率基础上建立沸溢强度模型。结果表明:沸溢火灾燃烧可以分为预燃、准稳态燃烧、沸溢燃烧、火焰熄灭4个典型燃烧阶段;沸溢燃烧阶段的燃烧速率和火焰高度显著大于准稳态燃烧阶段;沸溢火灾各阶段燃烧速率均随油池直径的增大而增大,且沸溢燃烧阶段的增幅明显大于准稳态燃烧阶段的增幅;准稳态燃烧阶段的稳定燃烧速率与初始油层厚度无关,随油池直径的增大而增大;沸溢强度随初始油层厚度的增加及油池直径的减小而增大,并与初始油层厚度和油池直径间的比值成正比。     

顶部不同开口尺寸腔室中油池火灾的发展过程

在项部开口腔室内开展庚烷油池火的燃烧实验,研究了开口尺寸对火灾发展过程的影响.实验使用了2种直径的油池和6种大小的水平开口,并测量了燃料质量损失速率、腔室内的气体温度分布以及火源根部附近的气体浓度变化过程.结果表明,根据火焰熄灭的原因,燃烧可分为缺氧熄灭模式和燃料耗尽熄灭模式.在缺氧熄灭模式下,顶部开口尺寸对燃料消耗率、质量损失速率和气体温度分布的影响较小；火灾进入燃料耗尽熄灭模式后,质量损失速率以及气体温度均随开口尺寸增大而增大.同时,随着开口的增大,火焰熄灭时的氧气浓度变大.在项部开口腔室火灾中,燃烧开始后,烟气在腔室内迅速沉降并充满整个腔室,“双区模型”不再适用.     

多孔介质内稀氢气/空气预混过滤燃烧不稳定性

在不同过滤速度和氢气体积分数试验参数下观测超绝热燃烧波传播过程中火焰面倾斜不稳定性演变过程及热斑组成的胞状结构燃烧波的特点,分析导致过滤燃烧不稳定性发生的动力学因素,确认低速过滤燃烧不稳定性的演变机理及其特点.结果表明:在火焰面有一个初始轻微的倾斜角时,这种倾斜不稳定性演变持续性发展;改变试验工况参数,在燃烧器上游可能会出现胞状结构体燃烧波;在主燃烧波传播过程中,胞状结构燃烧波显著影响着主燃烧波火焰面传播的稳定性并且抑制主波的传播速度;当主燃烧波离开燃烧器后,胞状结构燃烧波随机分布驻定在燃烧器内部.     

Influence of rarefaction wave on premixed flame structure and propagation behavior

To explore the influence of rarefaction wave on the structure and propagation behavior of the premixed propane/air flame in a rectangle combustion pipe, the techniques of high speed Schlieren photograph method, pressure measurement and so on are used to study the interaction processes between rarefaction wave and flame. Two cases of rarefaction wave-flame interaction were performed in the experiment. The experimental result shows that both the rarefaction waves can cause the flame transition from laminar to turbulent combustion quickly. The cowflow rarefaction wave decreases the flame speed, while the counterflow rarefaction wave leads the flame propagation speed to increasing on the whole, accompanied with sharp vibration.     

Influence of rarefaction wave on premixed flame structure and propagation behavior

To explore the influence of rarefaction wave on the structure and propagation behavior of the premixed propane/air flame in a rectangle combustion pipe, the techniques of high speed Schlieren photograph method, pressure measurement and so on are used to study the interaction processes between rarefaction wave and flame. Two cases of rarefaction wave-flame interaction were performed in the experiment. The experimental result shows that both the rarefaction waves can cause the flame transition from laminar to turbulent combustion quickly. The cowflow rarefaction wave decreases the flame speed, while the counterflow rarefaction wave leads the flame propagation speed to increasing on the whole, accompanied with sharp vibration.     

低速定态传播火焰在可燃云雾中形成的压力波

对低于Ｃ－Ｊ燃速以恒定速度传播的火焰产生的压力波直接用数值方法求解有困难，忽略云雾的两相作用，点火过程及火焰加速，仅考察火焰达到定态传播速度，则火焰与压力波阵面之间的流场是等熵的，用自相似方法求解。能量放看作在火焰面后瞬时完成，用自适应步长的四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法对得到的控制方程求解，求出流场的参数分布与火焰面位置。燃烧过程结束时，火焰面到云雾中心之间流场用Ｓｅｄｏｖ结果连接，用ＭａｃＣｏｒ     

光滑管中预混火焰传播物理机理的实验研究

开展了常温常压下二元燃料氢气/丙烷和空气预混气体在光滑方管道中火焰传播物理机理的实验研究。采用压力-时间记录法和纹影法两种测试方法,获得火焰传播速度和火焰阵面结构沿管道变化情况。结果表明:两种方法所测得的火焰传播速度在所测量范围内都先增加后减小。火焰加速传播机理主要是前方未燃气体受到前驱压缩波作用而被加热和压缩的正反馈微分加速机制,之后在管端反射的压缩波影响下,火焰传播速度略有降低。     

Experimental study on interference effect of rarefaction wave on laminar propagating flame

In order to study the interference effect of rarefaction wave on the laminar flame propagating structure and pressure characteristics of methane-air mixture, a small scale combustion chamber has been built. The techniques of high speed Schlieren photograph, pressure measurement and so on, are used to study the influence of rarefaction wave on the laminar flame propagating through methane-air mixture. The results show that, after the rarefaction wave acts on the propagation laminar flame, the laminar combustion is fully transformed into turbulent combustion just during several milliseconds, which leads to a sharp increase in the burning surface area and the pressure rise rate.     

Measurement of laminar burning velocities of iso-butanol-air mixtures

The laminar burning velocity of iso-butanol-air mixtures was measured under different initial pressures, initial temperatures and equivalence ratios using high-speed schlieren photography and outwardly propagation flame in a constant volume combustion bomb. Based on the analysis of stretched flame propagation speed and stretch rate, the laminar burning velocities and Markstein lengths of iso-butanol-air flames are obtained. In accordance, with photos of flame, an analysis of flame stability and the influencing factors is carried out. The results show that the laminar burning velocity is decreased with the increase of initial pressure and is increased with the increase of initial temperature. The maximum value of laminar burning velocity is presented at the equivalence ratio of 1.2. The Markstein length is decreased with the increase of equivalence ratio. For specified equivalence ratio, the Markstein length is decreased with the increase of initial temperature and initial pressure. Thus, the flame instability is increased with the increase of equivalence ratio, initial temperature and initial pressure.     

窄通道中近可燃极限预混火焰的结构和稳定性

通过数值方法研究了窄通道中近可燃极限预混火焰的结构和稳定性. 窄通道由上、下两个圆形平行平板构成, 燃气和氧气组成的混合气体充满窄通道内部, 点燃后形成的预混火焰在一定条件下有可能稳定在窄通道内. 采用基于Arrhenius单步反应的反应-扩散火焰模型, 考察了平板间距、平板材料和平板半径对火焰的影响. 结果表明, 一定的平板间距下主要有两个火焰的稳态解: 一个对应较大的火焰半径, 另一个对应较小的火焰半径. 通过线性稳定性分析发现, 窄通道中存在一维稳定的火焰, 但不存在二维稳定的火焰. 对一维稳定但二维不稳定的火焰的失稳进行数值模拟可以发现, 失稳主要表现为火焰整体向边界漂移, 或者一个火焰分裂成两个新的火焰后分别沿相反方向向边界漂移.     

稳定传播火焰在可燃气云中产生的冲击波

忽略点火及火焰的初期加速，本文讨论了稳定传播火焰在可燃气云中产生的冲击波．引入约化变量，用自适应步长的四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法对得到的自相似流场控制方程积分，得到了冲击波后流场的解；由火焰面两边的能量守恒确定了火焰面位置、燃烧速度及Ｃ－Ｊ条件下的对应值；以自相似解为初始条件，分别用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式与ＴＶＤ格式计算燃烧过程结束后的流场分布，结果表明：在弱冲击波条件下，ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式计算得到的冲击波分辨率较高．     

微细通道中甲烷预混火焰传播的实验

对微细通道中甲烷/氧气(空气)预混火焰传播现象进行了实验研究。确定了火焰能够在细管中稳定传播的当量比极限,以及在不同甲烷百分比下火焰的传播速度。结果表明:在室温条件下,甲烷和氧气预混火焰可以在细管中稳定地停留在一点燃烧,并且可以很好地控制其移动;相反,对于甲烷和空气的预混气体,即便环境温度在1 100K以上,也不能在微细通道中得到稳定的火焰。在同一甲烷流量下存在着两个当量比极限。在这两个当量比之间,火焰可以进入细管传播。在较小气体流量下,当氧气过量时微细通道中甲烷和氧气预混火焰的传播速度与宏观尺度下火焰的传播速度基本相当,随着流量的增加火焰传播速度很明显地增加。     

声波在弹性管和刚性管交替联结管内流体介质中传播的钳位效应

本文研究了声波在弹性管和刚性管交替联结管内静止流体介质中的传播特性,从理论和试验两方面指出了在交替联结管道内具有声滤波作用的钳位效应的存在,其声级减小与声波频率有关。这种钳位效应是由于声波在刚性管内与在弹性管内流体介质中传播速度不同所致。文中还获得了衡量钳位效应程度的声压透射系数和声强透射系数的计算公式,以及指出可利用钳位效应来降低某一段管内噪声的可能性。