火焰特征综合教学实验台的研制

燃烧学课程是热能动力工程专业核心课程之一,实验教学是辅助学生对燃烧理论的理解和解决工程实际问题方法掌握的重要手段,是该门课程的重要组成部分。根据气体燃料燃烧火焰形成、传播及稳定的基本原理设计研制了火焰特征综合教学实验台。该实验台可进行气体燃料燃烧火焰结构实验、火焰温度分布测定实验、火焰分离、本生灯火焰传播极限测定以及管内火焰传播速度测定等多个实验。通过开设这些实验可加强学生对火焰形成、火焰稳定、火焰传播等理论的进一步理解。     

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。     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

甲烷,丙烷和甲烷／丙烷混合燃料层流火焰传播速度的测定

实验对甲烷、丙烷和60％甲烷/40％丙烷(气体体积百分数)的火焰传播速度进行了测量。实验在室温和大气压下采用圆管法进行。结果表明,60％甲烷/40％丙烷的层流火焰传播速度在相当宽的当量比范围内,夹于甲烷和丙烷的层流火焰传播速度之间。对这个现象,文章用对火焰传播速度起决定作用的阿仑尼乌兹因子作了粗略的分析。实验还发现,在富燃料区,混合燃料的火焰传播速度将大于甲烷或丙烷的火焰传播速度。     

高温低氧气氛中气体燃料的火焰特性

为确定高效低污染燃烧的条件 ,研制了火焰特性实验装置 .在此装置上研究了助燃剂预热温度及氧体积浓度对丙烷火焰特征的影响 .实验中 ,助燃剂预热温度变化范围为 380～ 1 0 0 0℃ ,氧体积浓度变化范围为 2 1 %～ 2 % .实验表明助燃剂温度及其含氧量对火焰特性有非常显著的影响 ,高温低氧条件下的火焰体积、火焰亮度与颜色、火焰形状等特性明显改变 .此外 ,还定性地说明了高温低氧燃烧方式具有高效低污染特性     

管道内甲烷-空气预混火焰传播特性的实验与数值模拟研究

采用高速纹影摄像系统、压力传感器等对小型水平封闭管道内甲烷-空气预混燃烧火焰的传播过程进行了实验研究,得到了火焰锋面结构、传播速度和压力随时间的变化关系.研究结果表明,管道内预混火焰传播过程中,火焰结构会发生明显变化,即从向未燃气体凸出的球形层流火焰转变成向已燃气体凹陷的V形湍流火焰,同时伴有火焰传播速度的减小、压力的不断增大.另外运用标准k-ε模型,对非定常时的甲烷预混燃烧火焰进行数值模拟,得到了与实验结果类似的火焰传播特性和火焰结构的变化规律.     

泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响

为了有效抑制煤矿瓦斯爆炸的冲击波,设计加工了断面为200 mm×200 mm的方形爆炸实验管道,实验研究无障碍物条件下瓦斯爆炸火焰传播规律和泡沫陶瓷对瓦斯爆炸火焰传播的影响,并采用高速摄影系统对火焰的传播过程进行了拍摄.实验结果表明,管道内瓦斯爆炸火焰的传播速度和结构不稳定;泡沫陶瓷可以抑制火焰的传播,起到淬熄火焰的作用.研究结果对于防治煤矿瓦斯爆炸具有重要的使用价值和理论意义.     

可燃气体爆燃转爆轰问题的研究

文章首先介绍了一种用于可燃气体爆燃转爆轰研究的实验方法,阐述了该方法的优点及前景。依据实验结果得到了DDT火焰的2点特性,建立了一个DDT火焰结构的模型,并且据此解释了DDT火焰加速传播,以致产生超趋爆轰的机理。     

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．     

油池火灾火焰高度关系模型的准确度研究

对大庆油田原油池火灾火焰高度进行实验测试,油池直径分别为1.5,2,3和5 m,将测试结果与池火灾关系模型计算结果进行比较。结果表明,当圆盘直径为1.5 m和2 m时,Thomas关系模型火焰高度计算值与实验值较为接近,当圆盘直径为3 m和5 m时,Thomas关系模型火焰高度计算值与实验值偏差较大。基于实验结果对Thomas关系模型进行了修正。     

聚烯烃弹性体的阻燃、抑烟作用

论述了聚烯烃高聚物的阻燃性,用两种微胶囊红磷与聚烯烃高聚物制备阻燃材料.在高聚物中只添加少量的微胶囊红磷就可以使材料具备良好的阻燃性能,从实验中发现这两种微胶囊红磷是高效的阻燃剂.但阻燃材料往往产生一定的烟雾,硼酸锌可以大大降低烟雾,硼酸锌在微胶囊红磷阻燃中可以发挥重要的作用.因此可以得出结论:在选择微胶囊红磷作阻燃剂时必须添加抑烟剂,微胶囊红磷与硼酸锌可以组成一个良好的阻燃体系,它可以改进聚烯烃高聚物的阻燃性能,减少烟雾的形成.     

阻燃机理的研究

阻燃是一种燃速非常低的特殊燃烧过程。本文根据燃烧的基本原理讨论了阻燃材料的阻燃机理,建立了物理模型和数字模型,并提出了用阻燃系数来表示阻燃材料的阻燃能力。 k=1/r k——阻燃系数 r——阻燃材料的燃烧速度阻燃系数愈大,阻燃效果愈好。     

化学气体灭火剂作用下甲烷射流火焰行为

在传统的消防救援中，针对天然气管道泄漏火灾往往采取细水雾等外部灭火的方式，但由于天然气管道泄漏所引发射流火的火焰高度高、热辐射量大，通过具有优异扩散和灭火性能的化学灭火气体以内部抑制燃烧的方式具有较大的研究价值。本文以甲烷射流火焰模拟天然气管道泄露火灾，研究了五氟乙烷对不同管径、不同流速甲烷射流火焰的抑制作用，并以哈龙1301作为对照组实验，解析了五氟乙烷加入后甲烷射流火的火焰形态、火焰高度、火焰温度的变 化特征，以探究五氟乙烷对天然气管道泄漏引起的射流火焰的抑制效应。研究表明：在一定范围内，燃气流量越大，发生甲烷射流火吹熄所需要的灭火剂浓度就越少；在五氟乙烷作用下，甲烷射流火焰熄灭前高度大于未通入灭火剂的火焰高度。在相同口径下，燃料的流量越大 ，所需的气体灭火剂浓度越少。该研究结果揭示了甲烷射流火焰在五氟乙烷作用下的变化趋势，为选择作用于射流火焰的高效清洁化学灭火气体提供了研究基础。     

溴代阻燃剂

溴代阻燃剂是添加型阻燃剂的一种,其种类繁多,是目前世界上产量最大、阻燃效率最高、应用最广泛的有机阻燃剂之一。溴代阻燃剂在国际上的生产与使用可以追溯到上世纪七十年代,目前在生产的溴代阻燃剂大约有70多种,其中最为重要的是多溴代二苯醚类(PBDEs)、四溴双酚A(TBBPA)以及六溴环十二烷(HBCD)等。前两者的产量可占溴代阻燃剂总产量的50%左右。近年来,随着全世界环境安全观念意识的增强,部分传统的溴代阻燃剂如十溴二苯醚因为受到环境安全要求的压力已被限制使用,这就迫使研究人员及相关企业寻找溴代阻燃剂的代用品,因而促进了许多新型环保型阻燃剂的问世。多溴代二苯醚类等传统溴代阻燃剂市场的萎缩,为溴化环氧树脂、十溴二苯乙烷以及溴化聚苯乙烯等环境友好型溴代阻燃剂产品提供了更为广阔的市场空间。     

Characteristics of flame spread over the surface of charring solid combustibles at high altitude

To explore the characteristics of flame spread over the surface of charring solid combustibles at high altitude, the whitewood with uniform texture was chosen to conduct a series of experiments in Lhasa and Hefei, with altitude of 3658 m and 50 m respectively. Several parameters, including the flame height, flame spread rate, flame temperature, surface temperature, were measured on samples with different width and inclinations. A quantitative analysis of flame spread characteristics over sample surface at high altitude was performed. Results showed that, in the environment of lower pressure and oxygen concentration at high altitude, the flame height and flame spread rate over sample surface decreased, but the flame temperature increased slightly. However, with increasing of sample width, the relative difference between the flame spread rates at different altitudes decreased.     

自适应Retinex与Canny的炉膛火焰边缘检测算法

对炉膛火焰图像的增强与检测是获得炉膛内部燃烧情况的重要手段.首先,提出了一种自适应多尺度Retinex算法,提高了火焰清晰度和炉膛火焰与炉膛的对比度.其次,提出了识别火焰边缘改进的Canny算法,提高了火焰边缘清晰度.仿真结果表明,炉膛火焰与环境对比度得到提高,改善了图像的视觉效果,火焰边界连续且轮廓清晰.     

耐久性阻燃尼龙-6织物的研制

提出以羟甲基改性尼龙-6织物与反应型有机磷系,溴系阻燃剂进行,耐久性阻燃整理的新方法,讨论不同阻燃整理液对尼龙－6织物阻燃性能的影响,确定最佳阻燃整理液的配方,并通过正交化实验寻找合理的复合工艺参数,红外光谱和元素分析结果表明,羟甲基改性尼龙－6织物与阻燃剂通过化学键结合,所得织物手感良好,阻燃耐久性优良。     

Laminar premixed methane/air flame extinction characteristics influenced by co-flow water mists

Based on the tubular burner, the burning velocities, flame stretch and inhibition rules influenced by co-flow water mists were studied using a high-speed schlieren system. Moreover, the variation rules of the flame critical extinction in our burner equipment were also obtained by analyzing the process and mechanism of flame extinction and inhibition. It is shown that the flame stretch is related to the fuel concentration, co-flow fluxes and water mist diameters. For droplets with a larger diameter, the smaller the co-flow fluxes, the more obvious the flame stretch. When the water mist loading rate is rather smaller, for fuel-rich premixed flame with Le〉1, the flame with larger burning rate tends to backfire more easily. Under the same water mist conditions, for fuel-lean premixed flame with Le〈1, the smaller the gas concentration, the easier the flame is extinct.     

层流中粉尘的火焰传播速度

建立了筛落式粉尘火焰试验装置和火焰信的号光电测量系统。提出确定火焰前沿位置的“最大斜率切线法”和判定火焰传播稳定性的“相对入射能量法”。测定了硅钙粉和煤粉的火焰传播速度和火焰厚度。结果表明数据合理,测量装置和方法可用于速度范围很宽的粉尘火焰传播研究,用修正的田中达夫模型计算的硅钙粉层流火焰传播速度与实验值接近。     

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.