预混火焰面附近的湍流特性测量

为考察预混火焰面附近的湍流特性,以及湍流与化学反应相互作用的机理,采用激光多普勒技术(laser Doppleranem ometry,LDA)对本生火焰和V型火焰的流场进行了诊断。分别通过固体粉末和雾化硅油液滴进行无条件和条件示踪,研究了全场及反应物来流的流动特性。无条件示踪的测量结果表明,火焰区的流场存在湍流度迅速增大然后衰减的现象,而速度的测值呈现双峰分布。条件示踪测量结果表明,在火焰区内反应物来流的流动特性并没有发生明显的改变。在剪切流场中,火焰面的脉动和皱褶不显著影响上游反应物的流动特性。     

预混湍流火焰结构的分形特征

使用分形几何学的方法,对由高速纹影摄影法获得的容弹内预混湍流火焰照片进行了处理,结果表明,容弹内预混湍流火焰结构具有分形特征,可以用分数维数来定量描述其折皱扭曲程度及与湍流强度的关系。     

合成气纯氧高压预混湍流火焰结构研究

为了理解高压下合成气纯氧预混湍流火焰中火焰与流动的耦合作用,利用OH-PLIF激光测量技术开展了高压条件下合成气纯氧预混湍流火焰结构研究,获得了高压下预混湍流火焰前锋面结构,得到了火焰前锋面尺度信息,包括火焰体积、火焰面密度和火焰前锋面尺度,并分析了预混湍流火焰前锋面与湍流尺度和层流火焰尺度的相互作用关系.研究结果表明:高压预混湍流火焰前锋面为褶皱火焰面结构,火焰面为小尺度的尖峰结构和大尺度的树干状结构互相叠加;合成气火焰前锋面结构比甲烷混合气火焰更加精细,尺度更小;合成气预混湍流火焰体积较小,放热区较小,在预混贫燃燃气轮机燃烧室中容易产生燃烧振荡;合成气和甲烷火焰在湍流燃烧速率上表现出不同的转折规律,这可以通过火焰前锋面尺度和火焰自身不稳定性尺度来解释;湍流流动对火焰前锋面的扰动受到火焰自身不稳定尺度的限制.     

甲烷-空气预混燃烧火焰的测量分析

本文介绍一种测量分析甲烷-空气预混燃烧火焰成份及其浓度的方法,并划分出火焰的反应区、产物区和环境区。该方法可用于烃类-空气类燃烧火焰的测量分析。     

典型富氢燃料气预混火焰的熄灭特性

宽燃料适应性是先进燃气轮机的重要设计要求之一,燃用来源广泛的富氢燃料气是燃气轮机未来发展的重要方向,因此富氢燃料气的湍流火焰熄火特性应成为燃气轮机燃烧室设计过程中重点关注的问题。该文通过使用优化的对冲火焰实验方法和数值模拟计算方法,比较了2种典型的富氢燃料气在层流和湍流燃烧状态下的熄灭拉伸率,并分析了贫燃侧2种燃料预混火焰熄灭拉伸率差异的主要原因。结果表明：在该文研究的工况范围内,采用数值模拟方法可较好地预测层流和湍流火焰的熄灭拉伸率。在层流燃烧状态下,火焰锋面内活性自由基H、 O和OH的物质的量浓度相对更高的富氢燃料气,其火焰锋面内部的关键化学反应速率和释放热量的速度更高,因此能抵抗更高程度的火焰拉伸形变。湍流作用加快了火焰锋面内部的反应速率,但同时会使热量更快地从火焰锋面内部向外输运,相比于层流火焰,湍流火焰熄灭拉伸率降低。     

湿空气非预混火焰回流区速度特性的实验

为了寻找特性速度对火焰结构的规律性影响,使用粒子图像速度仪(PIV)测量圆盘形钝体后甲烷/湿空气非预混火焰的回流区速度场,得到火焰的平均速度场分布.结果表明,在中心燃料未穿透回流区时,中心轴线上存在2个滞止点;与普通的燃烧火焰相比,湿空气燃烧2个滞止点之间的距离变短,最小无量纲速度偏大,其位置曲线具有3个明显的变化阶段,分别代表不同的燃烧状态;在不同的空气速度下,中心轴线上的最小速度及其所处位置都具有大致相同的函数关系,表明燃空速度比是控制燃烧火焰结构的一个重要参数.     

基于湍流气体火焰热图像特性的温度分布

利用数字图像计算机技术，开发出一套对火争热图像的实时采集与测量系统，在小型火焰试验台上，对湍流火焰的热图像特性进行了试验与理论研究，获得了湍动燃烧图像特性的变化规律，提出了用解决火焰热图像特性与温度分布映射关系的单色基准温度标定法，并探索了此方法用于三维温度场时，由于辐射叠加所造成的温度失真的修正方法。     

灯泡生产中天然气预混火焰的试验研究

重点研究了灯泡生产过程中将天然气／纯氧预混火焰改为天然气／富氧空气预混火焰后的火焰特征及其稳定性问题。试验结果表明，用掺混５０％左右纯氧的富氧空气取代纯氧与天然气预混燃烧的方案是可行的。     

矩形弯管中非预混湍流燃烧的数值模拟

对C3H8/空气在弯管燃烧器中的非预混湍流燃烧进行数值模拟,湍流模型采用RNGk-ε模型,燃烧模型采用守恒标量的概率密度函数(probability density function,PDF)模型,辐射模型为离散坐标(discrete ordinate,DO)模型,压力和速度项的耦合采用SIMPLE算法.在燃料丙烷入口速度不变的情况下,改变空气入口的速度,进行5种工况的模拟.模拟结果表明:随着入口空气速度的增大,燃料和氧化剂分子混合更均匀,燃烧速率升高,燃料浓度迅速减小,温度场高温区提前,火焰空间速度场整体速度增加,湍流强度增强,径向压力梯度增大.由此,可以通过控制空气入口的速度,控制火焰空间速度场速度的大小以及燃烧进行的程度.考虑到提高燃烧效率的问题,在保证燃料充分燃烧的情况下,尽量减少空气入口的速度,以达到工业目的.     

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...     

Microstructure of premixed propane/air flame in the transition from laminar to turbulent combustion

In order to explore the flame structure and propagation behavior of premixed propane/air in the transi-tion from laminar to turbulent combustion, the high speed camera and Schlieren images methods were used to record the photograph of flame propagation process in a semi-vented pipe. Meanwhile, the super-thin thermocouple and ionization current probe methods were applied to detect the temperature distribution and reaction intensity of combustion reaction. The characteristics of propane/air flame propagation and microstructure were analyzed in detail by the experimental results coupled with chemical reaction thermodynamics. In the test, the particular tulip flame behavior and the formation process in the laminar-turbulent transition were disclosed clearly. From the Schlieren images and iron current results, one conclusion can be drawn that the small-scale turbulent combustion also appeared in laminar flame, which made little influence on the flame shape, but increased the flame thickness obviously.     

多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

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.     

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.     

影响木材火焰传播速度特征量的实验研究

木材着火时火焰的传播规律将为木材在火灾场景中的行为提供重要参考,分析了木材燃烧的机理和影响木材燃烧时火焰传播速度的特征量,借助于实验的方法,研究了空间方位角和几何尺寸等特征量对火焰传播速度的影响.结果表明,方位角越小,不同尺寸木条火焰传播速度差别越大;火焰传播速度随方位角的增大而增大;木条宽度越大,火焰传播速度越慢.     

多孔介质内往复流动燃烧温度分布的实验研究

通过实验研究了多孔介质内往复流动下超绝热燃烧温度分布特性.对各种工况参数下,正反向流动半周期内,超绝热燃烧系统燃烧室内多孔介质轴向温度分布进行了测量.结果表明,不同物理参数条件下,燃烧室内的温度分布在半周期内变化具有不同的特点;一定条件下,燃烧室内有可能产生二维胞室结构热点.