气弹耦合作用下平板的稳定性

为了探讨气弹耦合作用下二维平板中存在的稳定性问题及失稳参数域,针对一侧来流二维平板模型,运用正规形理论和中心流形方法简化方程,分析预载荷和气压强与系统失稳关系,并研究系统在退化点附近具有余维三时的分岔及稳定性,给出二维板系统具有静止、颤振等运动形态的参数条件。结果表明：系统在具有两个零特征值的退化点附近,局部范围内会出现极限环和不稳定结点;系统具有零特征值失稳时,预载荷和气压强系数的取值范围为-2．0--1．5和60～100,预载荷与气压强在此类失稳情况下成正比关系。该研究对于工程预防失稳、保障结构安全具有一定参考价值。     

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。     

高压直流电场作用下的甲烷-氧气层流扩散火焰稳定性

设计开发了直流电场作用下层流火焰实验系统，通过对甲烷-氧气非预混层流火焰施加直流电场，改变电极间距及燃烧当量比（氧气与甲烷实际物质的量之比与氧气和甲烷完全燃烧时物质的量之比的比值），对高速相机下火焰脉动幅度受电场影响的变化规律进行分析，探究了直流电场对火焰稳定性的作用及电场约束火焰的可行性。结果表明：对于存在脉动的层流扩散火焰，当对其施加高压直流电场时，火焰受到离子风的作用，其脉动幅度会逐渐减弱直至趋于稳定状态，且火焰稳定时所对应的电场强度与其初始的脉动幅度有关，初始振幅越大则火焰稳定所需的电压越高。同时，电极间距的改变也会影响火焰稳定时所需的电场强度，当电极间距改变较大时，对同一当量比的火焰，间距越大则所需的稳定电压就越高。     

预混火焰微小尺度燃烧传播机制研究

采用实验与数值模拟相结合的方法对预混气体火焰在平板狭缝中传播进行了研究,利用高速数字摄像系统对传播过程进行抓取。结果表明,当狭缝高度一定时,火焰的熄灭常数与临界火焰速度呈现的是近似直线关系。并对化学反应放热、壁面散热等与预混气体火焰传播与淬熄有关因子之间的内在联系进行分析,总结出预混气体火焰在平板狭缝中的传播与熄灭规律。对判断火焰在狭缝中是否淬熄提供参考,对选用阻火器及设计阻火芯提供一定的理论依据。     

通道间距对微凹腔燃烧器火焰吹裂极限的影响

对微型凹腔燃烧器内H2/Air预混火焰进行了数值模拟研究,且通过实验对计算模型的准确性进行了验证.结果表明未燃燃料量随着进气速度的增大而增多.模拟结果显示:通道间距为1.0,0.8和0.6mm时的火焰吹裂极限分别为26,33和16m/s,呈现出非单调的变化趋势.从流动、传热与化学反应之间的相互作用进行了机理分析.当通道间距从1.0mm减小到0.8mm时,凹腔下游的反应区还没有被凹腔出口处的高速气流吹灭,而上下边界层的汇合点向上游移动.这样,凹腔内未能消耗的燃料有充足的时间在下游高温区内被转换,从而增大了吹裂极限;当间距进一步减小到0.6mm时,虽然上下边界层的汇合点进一步提前,但是由于凹腔出口处的流速过大,下游壁面附近的反应区被吹.这使得下游温度水平较低,凹腔内未能消耗的燃料在通道下游也得不到转换,导致通道间距为0.6mm时的火焰吹裂极限急剧下降.     

影响气相爆轰波稳定性边界的通用两步反应模型参数分析

为了建立可靠的爆炸预测和分析模型,采用两步诱导-放热反应模型,数值模拟了不同参数条件下的一维爆轰波振荡过程。通过分析各参数与爆轰波面压力振荡模态的关系,寻找稳定振荡模态对应的临界参数,获得了由诱导区活化能EI、放热区活化能ER和反应速率常数kR构造的一维爆轰波稳定性边界。计算结果表明:增大EI和kR,或减小ER,会促进一维爆轰波向不稳定发展;对于给定的EI,稳定性边界对应的ER越大,与之匹配的kR也越大;在合理的参数范围内,EI越大,ER和kR满足一维爆轰波稳定的取值范围越小;EI在15.25~20.25区间内,稳定性边界对kR的变化比较敏感;EI在20.25~25.25区间内,稳定性边界对kR的敏感程度大大降低。研究获得的稳定性边界,可为将来利用两步反应模型研究多维爆轰波稳定性的参数选择提供参考,据此建立的爆炸预测模型,可以应用于爆炸现场分析及还原,爆炸物销毁现场方案制定和风险评估,搜排爆防护装备的研发改进,以及隔爆抑爆技术研究等领域。     

内置隔板对微通道内CH_4/air预混燃烧特性的影响

在微尺度燃烧室内布置隔板会引起内部流场和热传递的变化,为分析其对内部燃烧过程的影响,采用CH_4/air预混气进行预混合燃烧试验,对有无隔板2种情况下的着火界限和外壁面温度进行了测试.结果表明:相同CH_4流量下,由于散热量增大,隔板的增加会增大火焰进入通道时的空气量;隔板布置在出口时火焰更容易在燃烧室内传播,且在小流量下火焰的稳定性更好;隔板分割出的通道宽度为2 mm时,在所有当量比下均不能燃烧,隔板间距为4 mm的燃烧室内,火焰的稳定性较好;与采用不锈钢材料对比,采用Pt作为隔板材料能拓宽燃烧室的可燃界限、提高燃烧室外壁面上温度分布的均匀性.     

高温下掺氢天然气层流预混火焰传播特性

利用本生灯-纹影系统及CHEMKIN-PRO对高温下掺氢天然气层流预混火焰传播速度进行实验及数值模拟研究,并从热力学及化学动力学效应方面讨论了初始温度对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响.结果表明:GRI-3.0机理能较准确地预测293~500K条件下的掺氢天然气层流预混火焰传播速度;在相同初始温度下,混合物层流预混火焰传播速度在高掺氢比时增幅更显著;在相同当量比下,混合物层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度随初始温度的升高呈近线性增加;高温下,H自由基浓度的增大进一步增强了H+O₂=O+OH对整体燃烧反应的促进作用,使混合物层流预混火焰传播速度显著加快.     

半导体drift-diffusion模型的局部间断Galerkin方法及数值模拟

考虑半导体drift-diffusion(DD)模型一维和二维问题的局部间断Galerkin(LDG)方法,并进行数值模拟。模拟一维问题时,在浓度变化剧烈的部分采用细网格,在浓度变化平缓的地方采用粗网格,并与均匀网格的数值模拟进行比较,实现了在非均匀剖分下节省空间剖分单元数并加快了运行速度的目的。模拟二维问题时,采用了Dirichlet和Neumann相结合的边界。数值结果验证了LDG方法的稳定性。     

工程声学中的边界单元法

本文采用边界单元法,进行任意二维稳定声场的数值计算。通过两个算例的数值解与精确解的比较,说明边界单元法是求解工程声学问题的一种有效方法。编制的程序可用于任意二维稳定声场的分析。     

表面粗糙度对微尺度火焰淬熄的影响

在对不锈钢片、铝片、单晶硅以及氧化锆板等材料表面上进行化学和物理的处理,形成不同的表面粗燥度.使用这些不同表面粗糙度的平板制作缝隙燃烧室壁面.在缝隙燃烧器的两个平行板之间.使用预混甲烷/空气火焰进行燃烧实验,考察在微小空间里,表面粗糙度对火焰淬熄的影响.结果显示表面粗糙度的增加,火焰淬熄距离变小,有利于微尺度燃烧器的稳...     

Experimental study on inhibition of low pressure premixed flat methane-oxygen flames by trifluoromethane

This paper presents measurements of combustion species of low pressure laminar premixed flat methane-oxygen flames inhibited by triflnoromethane （CF3H） using synchrotron radiation-molecular beam mass spectrometry （SR-MBMS）. Fire suppression chemistry of CF3H is investigated by selective detection of combustion radicals and intermediates. Results show that SR-MBMS offers a powerful tool for studying fire suppression chemistry of halon replacements, which may extensively detect combustion species in the inhibited flames, especially radicals and intermediates. The suppressant CF3H is completely consumed in the preheat zone of premixed flames and produces fluorinated radicals such as CF3 and CF2. CF3 is the main radical participating in flame inhibition cycles in the reactive zone.Unlike HBr, HF produced by CF3H is very stable and will not act as a radical scavenger because the bond energy of H-F is much higher than that of H-Br, which is responsible for less effectiveness than conventional bromine-based suppressants.     

基于二氧化碳红外热成像的火焰起升高度分析

基于CO_2红外热成像方法拍摄了可控活化热氛围下的正庚烷液滴群预混射流火焰,测量了火焰起升高度,研究了热氛围协流温度、液滴群预混当量比、液滴群射流速度3个因素对起升高度的影响规律.结果表明:射流火焰起升高度主要受到化学着火延迟期控制,起升高度随着协流温度的升高而降低,但当协流温度足够高时,起升高度几乎不再变化;当量比增大会使物理着火延迟期缩短,从而使火焰起升高度降低;在相同的当量比下,如果协流温度较低,射流出口速度增加会提高火焰起升高度,而当协流温度高于某临界温度后,加大射流出口速度却会降低火焰起升高度.     

拉伸对甲烷/空气层流预混火焰影响的数值研究

对甲烷/空气对撞拉伸层流预混火焰进行了数值求解,所采用的化学反应机理为GRI_Mech3．0(包含53种物质和325个基元反应),讨论分析了火焰面的拉伸对层流火焰的结构、温度和组分分布的影响．结果显示,火焰面的拉伸降低了火焰的厚度和化学反应速率,高温区域的减小,是一些自由基如N0,0,H等的生成量减少的主要原因;0,H等活性自由基的减少会导致熄火．     

火焰拉伸率对层流燃烧速度的影响

将层流火焰消耗速度的概念与反应进程变量(progress variable)的定义相结合,给出了积分层流燃烧速度的广义定义.在准一维稳态系统中,分析了积分层流燃烧速度与未燃气体位移速度和已燃气体位移速度之间的关系.对甲烷空气和丙烷空气拉伸层流预混火焰在常温常压下进行了数值计算,研究不同当量比时,火焰拉伸率对层流燃烧速度的影响.通过火焰前锋放热率的积分层流燃烧速度和燃料消耗率的积分层流燃烧速度进行比较,结果表明,低拉伸火焰的马克斯坦数(Markstein number)与渐进分析一致,也与球形火焰获得的实验数据吻合.     

Systematic method of applying ANN for chemical kinetics reduction in turbulent premixed combustion modeling

A novel method to apply artificial neural network (ANN) for both chemical kinetics reduction and source term evaluation is introduced and tested in direct numerical simulation (DNS) and large eddy simulation (LES) of reactive flows. To gather turbulence affected flame data for ANN training, a new computation-economical method, called 1D pseudo-velocity disturbed flame (PVDF), is developed and used to generate thermo-chemical states independent of the modeled flame. Then a back-propagation ANN is trained using scaled conjugate gradient algorithm to memorize the sample states with reduced orders. The new method is employed in DNS and LES modeling of H₂/air and C₃H₈/air premixed flames experiencing various levels of turbulence. The test result shows that compared to traditional computation with full mechanism and direct integration, this method can obtain quite large speed-ups with adequate prediction accuracy.     

吡咯和吡啶火焰中含氮燃烧中间体的探测

利用同步辐射(SR)和分子束质谱(MBMS)研究了两种含氮燃料(吡咯和吡啶)分别在贫燃和富燃条件下的4个低压预混火焰.通过测量光电离质谱和扫描光电离效率谱(PIE),鉴别了火焰中的燃烧中间体的化学结构.结果表明在富燃火焰中容易产生乙炔(C2H2),而在贫燃火焰中则更容易形成一氧化氮(NO)/甲醛(HCHO).在4个火焰中同时观察到了HCN、C2H4、C3H4、C2H2O、HNCO、C3HN、C3H3N、C3H5N、C4H3N和C6H6等稳定中间体以及CH3、C3H3和C2H2N等自由基.     

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。     

空气槽对微型Swiss-Roll燃烧器工作特性的影响

为了解空气槽对平板微型Swiss-roll燃烧器工作特性的影响,采用甲烷-空气预混气,在带有空气槽和没有空气槽的平板Swiss-roll燃烧器中进行燃烧实验,得到了不同甲烷流量时两种燃烧器的熄火极限和壁面温度.结果表明:甲烷-空气预混火焰能够稳定在两种燃烧器的中心;空气槽的存在有助于扩展微燃烧器的可燃极限,使燃烧器在更大的空气过量系数和更小的甲烷流量下工作;有空气槽的燃烧器中心壁面与边缘壁面存在较大的温度梯度,而没有空气槽的燃烧器外壁温度相差不大,更适合作为平面热源.     

CO2/N2稀释对H2/CH4层流火焰传播特性的影响

利用本生灯-纹影系统实验研究含有CO₂，N₂的掺氢天然气层流预混火焰传播速度，并应用GRI-3.0机理模拟计算不同组分预混燃气绝热火焰温度、敏感性系数及重要自由基浓度等，详细讨论CO₂，N₂的稀释效应.研究表明，GRI-3.0机理能较好地预测掺氢天然气层流预混火焰传播速度；CO₂，N₂稀释组分会显著抑制掺氢天然气层流预混火焰速度及其绝热火焰温度；与N₂相比，CO₂不仅具有较强的热力学效应，且随着CO₂稀释比的增加，火焰中重要自由基H浓度显著减少，抑制氧化反应H+O₂O+OH对燃烧的主导促进效应，使预混燃料的层流火焰传播速度显著降低.