协流温度对喷射起升火焰燃烧稳定性的影响

利用活化热氛围燃烧器提供的稳定热氛围场,分析了中央喷射液体燃料的起升火焰的基部高度变化,研究不同协流温度对起升火焰燃烧稳定性的影响。研究表明,协流热氛围中液体燃料喷射起升火焰基部的跳变是自燃现象作用的结果。不同协流温度时,中央喷射起升火焰的稳定机理不同。存在一个火焰基部稳定的临界温度,低于此温度时起升火焰的稳定受控于燃料的自燃现象,而高于此温度时起升高度的稳定受火焰传播主导;火焰跳变频率及跳变长度与协流温度有关;温度越低,火焰基部跳变越频繁;跳变长度随温度的增加而减小。     

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.     

可控活化热氛围燃烧器速度场的数值模拟

通过数值计算的方法对可控活化热氛围燃烧器的速度场进行了数值模拟.通过实验验证了模型,进而分析了中央射流速度、协流速度和温度对燃烧器速度场的影响,并结合温度场稳定区域范围的变化曲线,分析了此活化热氛围燃烧器的适用性.研究表明,增大中央射流速度、协流速度和温度都会使速度场势核区范围扩大,其中中央射流速度的增大量会受温度场稳定区域范围的限制,但可以通过增大协流速度来解决这一矛盾.     

湍流热伴流中氢气与乙炔射流自着火实验

氢燃料燃气轮机是碳中和目标下氢燃料发电的关键设备,因此探究湍流热伴流中氢气自着火特征以及与碳氢燃料间的差异具有重要意义。该文采用湍流热伴流自着火实验系统,通过获取火焰图像和OH自由基分布,对比分析了氢气和乙炔在自着火类型、结构等方面的差异。结果表明：受氢气的高扩散系数和高火焰传播速度影响,氢气随机着火分布区域较紧凑,OH自由基分布较连续,同时难以观测到独立自着火核。此外,相较于乙炔,氢气自着火抬升高度对燃料射流速度敏感性较低,自着火位置波动性较弱。基于氢气射流自着火特征,该文还改进了自着火抬升高度预测模型,并证明了火焰传播在氢气射流自着火火焰稳定方面的重要作用。     

正癸烷热空气伴流抬举火焰特性研究

实验研究了不同伴流温度、不同燃料摩尔分数条件下正癸烷热空气伴流抬举火焰的相关抬举特性.实验结果表明,在伴流空气温度低于燃料自点火温度时,正癸烷抬举火焰底部呈现典型的三叉火焰结构.在引入浮力速度后,临界抬举速度和燃料当量比条件下的火焰传播速度具有很好的相关性;将临界抬举速度和临界吹熄速度进行无量纲化后,二者都和伴流空气温度具有很好的线性相关性.燃料火焰抬举高度随射流速度增加而增加,随伴流空气温度增加和燃料摩尔分数增加而减小.     

当量比对航空发动机防火试验温度场的数值分析

为得到当量比对航空发动机防火试验温度分布的影响,建立了NexGen燃烧器的数值计算模型,使用Fluent计算了7组当量比的火焰温度分布。燃烧模型采用非预混燃烧模型与20组分单煤油分子C_(12)H_(23)的概率密度函数方法。使用雷诺时均模型与SST k-ω湍流模型求解火焰的湍流方程。使用离散坐标辐射模型和灰体加权平均模型的求解火焰的辐射。液体燃料液滴根据离散随机游走模型与湍流气体介质的相互作用建立模型。分析了7组当量比对防火试验火焰温度的点分布、面分布和空间分布的影响。得到随当量比的增加,Z轴最高温度位置先变大后减小;监测点的平均温度先升高后降低;监测面的最高温度先降低后变化平缓再增加,与浴盆曲线相近;监测面的平均温度先降低后平缓再增加。当量比小于1时,各平面的平均温度随当量比增加而降低;当量比大于1时则升高。当量比为0.9时,火焰空间温度分布最好、各平面的温度分布最均匀、监测面的温度分布最均匀、七个监测点的温度值及分布适中。     

碳酸二甲酯层流火焰特性的实验和数值研究

在定容燃烧弹上,利用高速纹影摄像系统对碳酸二甲酯(DMC)的预混层流燃烧特性进行了研究,获得了不同温度、压力和当量比下的层流燃烧速度、马克斯坦长度和胞状结构的临界半径,同时对火焰不稳定性进行了理论分析。研究表明:层流燃烧速度随当量比的增加先提高后下降,在当量比为1.1时达到峰值;层流燃烧速度随初始温度的升高而提高,随初始压力的增加而降低;马克斯坦长度、临界火焰半径随当量比和压力的增加而减小,表明火焰不稳定性随初始压力和当量比的增加而增强;临界贝克来数Pe随当量比的增加而减小。利用Chemkin软件对预混层流燃烧速度进行了数值模拟,结果显示,Glaude机理对DMC层流燃烧速度的模拟值与实验测量值有较大偏差,表明该机理不能很好地预测DMC的层流燃烧速度。     

微型凹腔燃烧器内氢气/空气的预混燃烧特性

使用计算流体动力学软件FLUENT,并采用详细的化学反应机理,对当量比为0.5的氢气/空气预混气在带凹腔的平板型微通道内的燃烧特性进行了数值模拟.探讨了进气速度和凹腔的长深比对微通道内的温度场、燃烧效率和排烟温度的影响.计算结果表明:随着进气速度的增大,火焰被吹向下游,并且使火焰变得狭长,这会使得壁温分布更加均匀;在同一长深比下,燃烧效率随着进气速度的增加而降低,而排烟温度随着进气速度的增大先升高后降低;当长深比从1增大到3时,增大凹腔的长深比能拓展吹熄极限;长深比从3增大到4时,其吹熄极限相同.     

柴油喷雾火焰低温燃烧大涡模拟研究

柴油喷雾燃烧是个复杂的物理化学过程,尤其是低温条件下湍流燃烧仍有许多未知的现象.本文基于大涡模拟方法开展了不同环境温度下正十二烷喷雾火焰燃烧过程的模拟研究.首先,通过与喷雾燃烧基础数据库Engine Combustion Network(ECN)网站上试验数据对比,包括喷雾发展过程、着火延迟期和火焰浮升长度试验值,发现LES-LEM模型能够捕捉喷雾发展过程和燃烧过程,并且与试验数据非常接近.其次,本文深入分析了喷雾火焰中的低温燃烧过程,研究发现,提高初始温度,第1阶段着火延迟期和总的着火延迟期均缩短,而第2阶段着火延迟期变长,同时提高初始环境温度,出现放热率峰值的混合气浓度增加.酮类过氧化物和甲醛可以表征喷雾火焰中的多阶段着火过程,在着火延迟期附近,随着初始温度升高,酮类过氧化物(OC_(12)H_(23)OOH)质量分数峰值逐渐远离当量比混合物分数(Z_(st))向浓混合气方向发展.最后,本文探究了初始温度对整体燃烧放热过程和主要组分,包括碳烟标识物C_2H_2生成的影响.研究发现900 K条件下C_2H_2累积质量高于低温条件下的累积质量,这主要是由于900 K条件下着火延迟期和火焰浮升长度缩短,卷吸进来的空气质量减少,燃油与空气混合变差,产生了有利于C_2H_2形成更广泛的浓混合气区域.     

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。     

Topological analysis of methane lean premixed flame in turbulent jet flow by direct numerical simulation

Direct numerical simulation is employed to investigate the premixed jet flame of methane in lean, combined with a detailed chemical kinetics including 17 species and 58 elemental steps and distinct Lewis numbers. Cold methane-air mixture at 0.55 equivalence ratio is injected into the coflow area with 9500 Reynolds number. The coflow ambient gas is set to be the burnt gas of the methane-air mixture in main jet and temperature is assigned to be the corresponding adiabatic flame temperature 1515 K. The whole s...     

稀释气体对甲烷层流预混火焰燃烧速度的影响

基于GRI-Mech 3.0详细化学反应机理,利用预混燃烧模型(PREMIX Code)研究了甲烷-空气-稀释气层流预混火焰燃烧特性及火焰结构.重点探讨了不同化学当量比(0.5～1.5)、初始压力(0.05～0.40 MPa)、稀释气体种类(N2,CO2及H2O)和稀释摩尔比(0～0.35)对甲烷-空气-稀释气混合气层...     

点火能量对天然气空气预混合气层流燃烧的影响

通过改变点火线圈的充电时间,研究了充电时间与天然气空气预混合气点火能量、预混层流燃烧速度及压力和放热率等燃烧特性参数之间的关系.结果表明:点火能量随充电时间的增加而增大,当充电时间增加到6 ms时,点火能量的增加趋势减缓;点火能量能会影响火核的形成和初期火焰的发展,当火核半径发展到8mm时,火焰传播速度不受影响;压力峰值随点火能量的增加逐渐增大且峰值位置提前,当充电时间由2 ms增加到8 ms时,最大压力峰值增加了3.8％,峰值提前8.6 ms出现,火焰发展期和快速燃烧期分别缩短了5.2 ms和1.7ms.     

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.     

Flame instability analysis of diethyl ether-air premixed mixtures at elevated pressures

Combustion characteristics of premixed diethyl ether-air mixtures were studied at different equivalence ratios and elevated initial pressures using schlieren photography and spherically propagating flame. Laminar burning velocities, Markstein number and critical radii at onset of cellular structure were obtained. The results show that an increase in initial pressure leads to a decrease in the unstretched laminar burning velocities. Laminar burning velocities give their peak values at the equivalence ratio o...     

气体协流水雾作用下层流预混火焰拉伸规律

在气体协流管式燃烧器研究的基础上,利用高速纹影系统对细水雾作用下层流预混火焰拉伸、熄火规律进行了实验研究,并分析了细水雾抑制气体预混火焰的条件.实验结果表明：火焰面拉伸规律与燃料浓度、气体流量以及水雾雾滴直径有关;对于大滴径协流水雾,水雾载荷比越小,火焰面拉伸现象越明显.     

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.     

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。