氧浓度对斯特林发动机燃用不同燃料时燃烧火焰特征的影响

利用高速摄影技术,研究了以乙醇为燃料时斯特林发动机引射气流中氧浓度对燃烧的火焰长度、色度、燃烧速度以及燃烧稳定性等的影响.结果表明：在引射空气时,随着氧气浓度的提高,火焰的稳定性及火焰传播速度提高,燃烧火焰长度变短,火焰变得更明亮,且柴油火焰亮度比乙醇大;在有引射气流的作用下,氧浓度对燃烧特征参数的影响较小.

     

活化热氛围下柴油喷雾燃烧特性试验

针对柴油燃料喷雾的自燃及燃烧特性,利用可控活化热氛围燃烧试验系统,结合连续喷射系统和高速摄影技术,研究协流温度对喷雾滞燃期、自燃点位置、火焰长度及宽度、火焰起升高度的影响.为活化热氛围下液体燃料自燃及燃烧模型的建立奠定了基础.     

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k 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。     

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。     

多燃料喷口夹角与火焰长度的关系

鉴于在多燃料喷口的甲烷-空气扩散燃烧中,喷口布局方式对火焰长度的影响较大,验证扩散燃烧火焰长度数值计算的可靠性;根据对称原理,经过反复试算,确定合理的计算区域,调整各喷口之间的夹角以及甲烷和同流空气的速度,得到不同工况下的火焰长度.研究结果表明:甲烷与同流空气流动速度相等,火焰长度随着同流空气流速增大而增大;当同流空气速度一定时,火焰长度随着甲烷流速变大先增大后减小;当喷口夹角为0o(或90o)时,火焰长度最短,当喷口夹角为30o时,火焰最长.     

以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰特性分析

斯特林发动机的燃烧特性直接影响到整机性能.采用可视化试验台架,利用高速摄影机拍摄以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰图片,分析了乙醇燃料引射式燃烧的火焰脉动和形态的特点;根据燃烧方式与火焰RGB值的对应关系,分析了引射空气量的变化对斯特林发动机燃烧方式的影响.结果表明,加入适量引射空气可提高火焰的稳定性,降低火焰长度,增大火焰张角,使燃烧室火焰充满度提高,并且乙醇火焰燃烧方式转变为半预混合、半扩散式.     

管道内运动火焰生成压力波及其特性的研究

从一维非定常守恒方程出发 ,本文用Richtmyer Lax Wendroff格式研究了压缩波、稀疏波、燃烧速率、火焰熄灭和管道长度对管内运动火焰生成压力波的影响 .结果表明 :相对于火焰面 ,同向压力波和异向稀疏波会加速火焰传播 ;异向压力波和同向稀疏波使火焰传播减速 ;增大燃烧速率使得和火焰面两侧的压力、温度增大 ;火焰熄灭时 ,火焰面变为接触间断面 ,同时产生稀疏波向火焰面两侧传播 .此后 ,接触间断面几乎处于滞止状态 ;增加管子长度会促使燃烧向爆轰转变 .     

火焰长度可调式燃烧器的数值模拟

对一种火焰长度可调式燃烧器的燃烧过程建立了数学物理模型,以Fluent63为平台,采用数值模拟的方法研究了热负荷及中心燃料流量与燃料总流量之比β对燃烧室内温度分布和火焰长度的影响.结果表明:改变外围燃气与中心燃气之间的流量比,能够在热负荷不变条件下,实现对燃烧室内温度场和火焰长度的调整.在同一热负荷条件下,燃烧室内的温度场和最高温度都依β而变.随β的增大,燃烧室内的前部高温区逐渐缩小,后部高温区逐渐增大并前移.当β小于05时,火焰长度随β的增大而缩短,而当β大于05时,火焰长度随β的增大而增长,β等于05时,火焰长度最短.     

不同环境条件下轻油燃烧器火焰结构特性数值分析

为研究低温低压特殊环境下轻油燃烧器的火焰结构特性,运用燃烧学和喷雾学原理,以标准k-ε湍流模型、离散坐标辐射模型和平衡混合分数模型为燃烧单元本构模型,建立了具有圆筒形燃烧室的物理模型并进行计算分析。结果表明,当环境温度为273K,环境压力为0.1 MPa时,在不同截面处,燃烧室内的温度随着与燃烧头距离的增加而逐渐增大,截面处最高温度出现在火焰中心或边缘处;火焰最高温度随着外界温度、压力的降低而减小;火焰长度随着环境压力与温度的降低而增大。     

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。     

LES investigation of swirl intensity effect on unconfined turbulent swirling premixed flame

A finite reaction rate model is presented as a closure of large eddy simulation （LES） to numerically study an open premixed methane/air swirling flame. The resultant model is firstly validated by comparing with reported data and then employed to investigate the effect of swirling intensity on flow field, flame characteristics and combustion instability of the swirling flame. Three differ- ent swirl numbers are considered. The LES results show that as swirling intensity increases, the vortex entrainment and micro-mixing are enhanced, leading to more lean equivalent ratios at flame front; consequently, higher swirling number causes lower flame temperatures and slower CO oxidization; for all simulated swirl numbers, flame fronts are completely located out of the recirculation zones and anchored at the inner surface of the annular swirling steams; swirl number has a crucial effect on swirling flame extension toward radial and tangential dimensions and then significantly affects streamwise flame length, which is a great influencing factor on combustion instability; vortex-induced disturbance on flame in streamwise plays a critical role in combustion instability.     

定容燃烧弹中预混湍流燃烧的数值模拟

发展了一种新型预混湍流燃烧的数值模型．该模型基于准维模型的基本思想,摒弃了湍流燃烧速度模型,以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程,消除了人为经验的作用．利用模拟得到的湍流速度场,实现了对火焰几何形状的二维模拟．利用该模型,计算和讨论了当量燃空比分别为０．９和０．７时,定容燃烧弹中预混湍流燃烧的特点,以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响．模型的模拟结果和实验结果有很好的吻合性,这说明模型是合理的．     

火焰清理工艺中平行多孔射流非预混燃烧的研究

建立了远程控制燃烧试验台,研究了天然气和氧气的非预混燃烧过程,利用间接测温法分析了多孔射流燃烧火焰的温度分布规律.利用Realizable k-ε湍流模型研究平行多孔射流的流场特性,采用平衡化学反应模型研究射流的非预混燃烧过程,数值计算得出的火焰结果与试验数据吻合较好.结果表明:多孔射流的卷吸与合并能够加快气体的混合与燃烧;平行分布的45股射流在喷嘴出口附近趋于形成双孔合并,随着流动发展会发生再合并,最终表现为3股强射流火焰形态.     

模拟发动机工况下二甲醚喷雾燃烧实验及仿真研究

在定容弹内模拟发动机实机工况的高温、高压环境(920K,6.0 MPa),借助专用共轨系统产生100 MPa压力进行二甲醚喷射实验,通过定容弹内混合气体中的氧气浓度来控制二甲醚的燃烧,使用高速摄像机观察并记录二甲醚在超临界和亚临界条件下的喷雾及燃烧形态。基于实验结果,采用FORTE软件开发二甲醚喷雾燃烧仿真模型,其中耦合了二甲醚氧化还原反应动力学模型。实验和仿真结果表明,二甲醚在两种喷射条件下的喷雾贯穿距离无明显差异,而超临界条件下的液相贯穿距离较短;与亚临界条件相比,超临界条件下二甲醚喷雾着火时刻略早,火焰举升距较小,并且燃烧时释放出了更多的热量;仿真模型较好地拟合了二甲醚喷雾燃烧实验结果。     

Experimental and LES investigation of flame propagation in a hydrogen/air mixture in a combustion vessel

This work presents an experimental and numerical investigation of premixed flame propagation in a hydrogen/air mixture in a closed combustion vessel. In the experiment, high-speed schlieren video photography and pressure sensor are used to examine the flame dynamics and pressure transient. In the numerical study, a large eddy simulation （LES） based on a RNG sub-grid approach and a LES combustion model is applied to reproduce experi- mental observations. The effects of four physical phenomena on the burning velocity are considered in the combustion model, and the impact of grid type on the combustion dynamics is examined in the LES calculations. The flame experiences four stages both in experiment and LES calculations with structured and unstructured grids, i.e., spherical flame, finger-shaped flame, flame with its skirt in contact with the sidewalls, and tulip-shaped flame. The flame speed and pressure in the vessel develop with periodical oscillations in both the experiment and LES simulations due to the interaction of flame front with pressure wave. The numerical simulations compare well with the detailed experimental measurements, especially in term of the flame shape and position, pressure build-up, and periodical oscillation behaviors. The LES combustion model is successfully validated against the bench-scale experiment. It is put into evidence that mesh type has an impact to a certain extent on the numerical combustion dynamics, and the LES calculation on structured grid canpredict the flame dynamics and pressure rise more accu- rately than that on unstructured grid with the same mesh resolution. The flame shape is more asymmetrical in the LES on an unstructured grid than that on a structured grid, and both the flame speed and the pressure rise at the later flame stage are underestimated in the LES on the unstructured grid.     

微重力条件下气固两相界面耦合燃烧的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟．考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内部的传热和热解过程，给出了体现两相耦合作用的相界面处理方法．还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响．为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算．数值模拟得了微重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意．