障碍物管道中湍流火焰发展的数值模拟

应用湍流马赫数修正的非稳态可压缩性K－ε-f-gr四方程湍流模型，模拟了半开口狭长管道中重复布置的障碍物引起的湍流火焰加速现象。结果表明，障碍物产生的扰动对加强燃烧和湍流输运的影响很大。随着火焰向前传播，火焰穿过障碍物时发生变形，反应区越来越长，且火焰速度逐渐上升。同时，火焰速度和管内压力的计算结果与实验测量值吻合良好，修正后的湍流模型能较真实地模拟障碍物管内预混火焰的发展过程。     

湍流预混燃烧的小火焰模型

由Level set方法确定湍流预混燃烧火焰面的位置,考虑CHEMKIN库详细化学反应机理,通过PDF方法建立湍流预混燃烧数学模型,计算组分浓度和温度在火焰内部分布。以矩形突扩燃烧室为例,模拟甲烷/空气预混燃烧的平均火焰位置和火焰内部温度、浓度分布,计算结果与实验结果吻合良好,表明此模型能较好模拟湍流预混燃烧。     

采用考虑详细化学反应机理的火焰面模型模拟湍流扩散火焰

采用详细的甲烷氧化化学反应动力学机理(GRI-Mech3．0)对不同拉伸率条件下的拉伸层流扩散火焰面结构进行了数值计算，建立了一个包含一系列拉伸层流火焰面结构的火焰面数据库．将这些层流火焰面结构和美国Sandia国家实验室测得的湍流扩散火焰(FlameD)的平均火焰结构进行了对比，发现层流火焰面所覆盖的范围基本包含了所考虑的湍流火焰中不同位置的平均火焰结构，这表明火焰面模型是合理的．然后，采用火焰面模型对该湍流扩散火焰进行了数值模拟并和实验数据进行了比较，考察了火焰面模型的精确程度和模拟深度.     

Tulip火焰形成过程中的细微结构特性

为揭示预混火焰传播的动力学过程以及Tulip火焰的形成规律,采用高速纹影摄像系统并结合离子电流探测等技术手段,对管道内丙烷-空气预混火焰传播过程中的细微结构进行了实验研究.结果表明,在Tulip火焰形成过程中,伴随着层流火焰向湍流转变以及火焰结构的变化;层流火焰中的小尺寸涡流增大火焰厚度,而随后大尺寸涡流使火焰发生褶皱与分层;Tulip火焰结构的形成是流动与火焰共同作用的结果,它标志着层流向湍流转变的充分发展.     

贫氧、预混火焰热声耦合振荡的声场分析

利用SQLABⅡ振动噪声分析仪对贫氧、预混层流火焰和湍流火焰的热声耦合振荡过程进行声场分析.随着化学当量比φ的增大,燃烧室和预混室内声压振动的特征频率逐渐降低,而对应的声功率峰值逐渐提高.在特征频率附近,燃烧室与预混室内的声压振动趋于同频、同相,两者具有明显的耦合关系;在高频情况下,两者不会发生耦合.在化学当量比φ相同而燃烧室入口雷诺数不同的工况下,燃烧室内的声压振动频谱基本相似,说明可燃预混气的组分浓度变化是火焰发生低频振荡的主要原因,当燃烧在偏离化学恰当比情况下进行时,局部空气系数波动所导致的火焰表面大尺度涡团交替脱落是诱发火焰热声耦合振荡的主要原因.     

Effect of turbulence on flame propagation in cornstarch dust-air mixtures

Following the quantitative determination of dust cloud parameters, this study investigated the flame propagation through cornstarch dust clouds in a vertical duct of 780 mm height and 160×160 mm square cross section, and gave particular attention to the effect of turbulence on flame characteristics. The turbulence induced by dust dispersion process was measured using a particle image velocimetry (PIV) system. Upward propagating dust flames were visualized with direct light and shadow photography. The results show that a critical value of the turbulence intensity can be specified below which laminar flame propagation would be established. This transition condition is about 10 cm/s. The measured propagation speed of laminar flames appears to be in the range of 0.45–0.56 m/s, consistent with the measurements reported in the literature. For the present experimental conditions, the flame speed is little sensitive to the variations in dust concentration. Some information on the flame structure was revealed from the shadow records, showing the typical heterogeneous feature of dust combustion process.      

同轴自由射流火焰的实验研究

利用同轴双通道烧嘴,研究敞开环境下氧气-酒精垂直自由射流扩散火焰的特征.计算同轴射流双通道烧嘴的当量直径、Froude数等影响湍流扩散火焰长度的参数,拟合湍流扩散火焰长度的公式.拍摄了曝光时间为1/1000 s的火焰图像,测量液体燃料在不同操作条件下的破裂长度.实验结果表明,湍流火焰的长度在富氧条件下随着酒精流量的增加而增长,当达到完全燃烧条件时火焰长度达到最大值;湍流扩散火焰的液体破裂长度几乎不随操作条件发生变化.     

受浮力作用的湍流扩散火焰的数值模拟

应用浮力修正的k-ε模型和EDC湍流燃烧模型对旋流燃烧室内具有较低燃料/空气初始动量的甲烷湍流扩散火焰进行了数值模拟，得到了两组工况下的气体时均速度场、温度场、组分浓度场和湍流脉动速度均方根值分布等．并与实验数据进行了比较，二者基本相符．同时，还将计算结果与标准k-ε模型的模拟结果进行了对比，揭示了浮力对具有较低初始动量的湍流扩散火焰的影响．     

一维湍流预混火焰的数值模拟

建立湍流燃烧的“双流体”数学模型，用于一维湍流预混稳态火焰的描述，假定燃烧火焰由冷的反应物（预混气体）和热的生成物（燃烧产物）组成，它们既有各自的属性，又相互作用，进行热量，质量和动量的交换，采用Patankar和Spalding的Phoenics计算程序来求解该数学模型，成功地模拟了一维湍流参混火焰的压力场，密度场，速度场。     

90°弯曲管道对丙烷-空气预混火焰传播的影响

为了揭示90°弯曲管道结构对预混火焰传播特性的影响,以丙烷-空气预混火焰为研究对象,运用高速纹影摄像、微细热电偶以及离子探针等测试手段对火焰在90°弯曲管道内的传播过程进行了实验研究.结果表明,预混火焰结构在水平管道内发生了明显变化,由规则的球形层流火焰转变为具有轴对称结构向内凹陷的湍流火焰,并伴随火焰阵面的皱褶分层.火焰进入90°弯曲管道后,受几何形状影响,火焰阵面发生畸变,对称结构被破坏,下壁面处的火焰阵面逐渐超过上壁面处的火焰阵面.由于弯管内部多波叠加作用以及湍流的影响最终使得火焰速度呈现脉动振荡.     

不同扩散效应下一维湍流模拟氢气-空气射流的扩散火焰

应用一维湍流模型（ODT）来研究湍流射流氢气．空气扩散火焰，研究过程中采用详细化学反应机理和多分量输运属性．对于火焰长度、主要燃烧产物及温度的预测较好地符合了实验结果．ODT模拟结果产生了较高的近场扰动．提出了一种旨在通过修改涡事件选择过程从而提高ODT模型精度的新观点．在模拟中检验了微分扩散效应，结果显示当前火焰中存在着显著不同的扩散效应．     

燃气灶的节能研究

该文阐述了家用燃气灶节能的四条新途径。即湍流燃烧，将敞开燃烧改变为半封闭燃烧，增大高温火焰换热面积和复合结构的节能装置设计，试验证明，在家用燃气灶上应用节能装置，能够显著提高热效率，节省燃气，达到节能清洁燃烧。     

PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟

采用PaSR湍流燃烧模型对湍流燃烧研究中典型的甲烷湍流射流火焰进行了数值模拟.计算采用简化的化学反应机理,并将计算得到的平均温度场、速度场和各组分的分布与相应的权威实验数据进行了对比.对反应系统中流动和燃烧的不同时间尺度以及二者之间的关系作了探讨.计算结果表明,PaSR模型能够很好地模拟燃烧过程中流场和组分的变化.在火...     

多股射流瓦斯燃烧器湍流扩散火焰尺度的实验研究

用火焰图像分析方法，对一种多股射流燃烧器燃烧富含氢气的瓦斯产生的湍流扩散火焰的尺度进行了实验研究，研究了燃烧器结构参数和操作参数对火焰长度和长宽比等尺度特性的影响规律。结果表明，火焰长度随燃烧器喷孔总面积的增大和燃气流量的增大而增大，随助燃空气过剩系数的增大而减小；火焰长度和长宽比随上层喷孔位置角的增大而减小。同时发现，瓦斯中氢气含量对火焰尺度影响较大，随着氢气含量增大，火焰长度和长宽比都明显减小。     

摩托车汽油机的爆燃预测研究

结合燃烧模型，湍流火焰传播模型以及化学动力学模型，建立了摩托车四冲程汽油机双区准维燃烧模型。运用该模型模拟燃烧过程，并进行爆燃预测。用此模型CUB100摩托车汽油机进行了计算，预测了CUB100提高压缩比后爆燃的发生。     

湍流预混火焰结构的测度分形研究

本文利用图像可视化技术，在小型火焰试验台上获得了Ｒｅｄ＝４３３５～１１１００范围内的燃气预混火焰的湍流热图像序列，并对２维湍流结构参数进行了测量。结合基于测度分析的分形理论，研究了湍流火焰的分维特性，结果表明：湍流火焰的２维形状结构具有分数维特性，且维数在２．０５～２．２６范围内。在此基础上，得到维数与Ｒｅｄ、热释放率及１次风流量等燃烧控制因子的依变关系，并讨论了湍流火焰分维结构的内在机理。     

汽油机燃烧过程模拟计算及爆震预测

将计算焰前反应的化学反应动力学模型与燃烧模型及湍流火焰传播模型相结合,建立了含有碳氢燃料焰前反应的简易化学动力学模型的汽油机双区燃烧模型。用该模型能较好地模拟汽油机燃烧过程,并能实现爆震预测,研究影响爆震发生的诸多因素。采用此模型对４９２ Ｑ Ａ 汽油机进行模拟计算的结果与试验结果能较好地吻合,证明了该模型的可行性。     

二阶矩亚网格燃烧模型对射流火焰的大涡模拟

用二阶矩亚网格燃烧模型对美国Sandia国家实验室测量甲烷／空气射流火焰进行了大涡模拟(LES),与实验数据和用二阶矩输运方程湍流燃烧模型的雷诺平均(RANS)模拟结果进行了对比．LES得到时间平均的温度, 甲烷浓度以及温度脉动均方根值和实验值符合很好．LES时均值和RANS模拟结果接近,LES脉动均方根值优于 RANS模拟结果．LES瞬态结果显示了有燃烧时的拟序结构比无燃烧时的强,同时拟序结构强化了燃烧,湍流射流火焰呈皱折火焰面的状态．     

湍流扩散火焰细微结构特性分析

利用光学显微技术和计算机图象处理技术 ,在实验基础上 ,对湍流扩散火焰的细微结构进行分析和研究 ,从经典几何和分形几何两个不同角度对湍流扩散火焰细微结构曲线的特性进行定性描述 ,分析火焰细微结构曲线的两个特性参数——曲线度和分形维数与火焰热辐射强度的关系。     

浮力对湍流旋流火焰影响的数值模拟

采用浮力修正的k-ε湍流模型和涡团耗散（EDC）湍流燃烧模型,对旋流燃烧室内具有不同初始切向动量或旋流数的受浮力作用的甲烷湍流火焰进行了数值模拟,得到三组工况下的气体温度场、组分体积分数场、速度场和湍流脉动特性的分布,并与试验测量数据进行了比较.结果表明：浮力对初始切向动量或旋流数较高的湍流火焰有更强的影响.