丁烷层流预混燃烧多棱火焰的实验研究

在丁烷层流预混气体的燃烧过程中清晰地观察到多棱火焰现象。实验中，对3种喷口冷却条件，8种燃料流量下出现多棱火焰现象的浓度界限进行了测定。实验结果表明，当喷口冷却条件加强时，相同燃料流量下出现多棱火焰时空气消耗系数降低。实验也表明，多棱火焰在一定的燃料流量下出现，燃料流量超过一定值时，多棱火焰现象不再出现。同时，燃料流量越大，出现多棱火焰的棱数也越多。     

乙醇-空气预混层流火焰特性的试验研究

利用纹影高速摄像技术,在定容燃烧弹内试验研究了温度为358~500 K,当量比从0.7到1.4的乙醇—空气预混层流火焰的传播特性。通过研究乙醇—空气火焰传播速度与层流火焰拉伸的关系,获得了乙醇—空气火焰无拉伸层流燃烧速度。结合先前研究结论,总结得出了乙醇—空气层流火焰无拉伸层流燃烧速度的经验公式。通过计算乙醇—空气层流火焰质量燃烧速率,确定了乙醇—空气层流火焰的全局活化温度以及Zeldovich数随混合气当量比的变化关系,并由此提出了乙醇—空气层流火焰燃烧速度的的替代拟合公式。通过比较,发现本研究结论与以前结果很吻合。     

利用同步辐射研究乙醇和二甲醚低压预混火焰成分

在低压预混层流火焰条件下,利用同步辐射光电离技术,结合分子束质谱法,对当量比为1的二甲醚和乙醇火焰进行了研究.通过扫描火焰中光子的能量,描绘出PIE曲线,探测到了这两种燃料燃烧过程中包含的同分异构中间产物;同时,通过扫描燃烧炉不同位置的光子能量谱,获得了火焰中重要物质的摩尔分数.比较两者的火焰结构,结果表明,这一对同分异构的燃料燃烧时,由于分子结构不同,它们的中间产物和相同中间产物的摩尔分数有很大差异,含氧的中间产物摩尔分数有较大差异.另外,在二甲醚火焰中还发现了甲乙醚,拓宽了对含氧碳氢化合物燃烧的认识.     

二甲醚火焰传播速度的实验研究

用对冲火焰法测量了二甲醚的层流火焰传播速度．在室温和常压下得到了当量比为0．76～1．76的火焰速度,并与文献中其他方法测量得到的结果进行了比较,表明本实验所得二甲醚的火焰传播速度相对更为合理．实验得到二甲醚的火焰传播速度最大值约为54cm／s．     

湍流射流火焰抬举高度的实验研究

湍流射流燃烧作为工业燃烧室中普遍存在的燃烧方式,研究湍流射流火焰不仅能促进实际燃烧室的设计改造,更能增强对湍流燃烧理论的理解。在轴对称伴流射流燃烧器实验平台上,研究了湍流自由射流火焰抬举高度随射流速度的变化及氮气稀释和伴流速度对火焰抬举高度的影响。实验结果表明湍流自由射流燃烧火焰抬举高度随射流速度呈线性增长;随氮气稀释摩尔分数的增加其抬举高度的线性斜率增大,射流火焰吹出喷嘴的雷诺数降低,火焰更易发生抬举;同时,氮气稀释摩尔分数的增加也导致射流火焰发生吹熄时雷诺数减小,射流火焰在射流速度完全进入湍流之前发生吹熄;伴流速度小于0.3 m/s时对火焰抬举高度的影响不大,当伴流速度大于0.3 m/s时抬举高度随伴流速度的增加呈线性增长,当射流速度大于20 m/s时,伴流速度的影响降低;对比伴流与稀释对抬举高度的影响可知射流速度大于30 m/s时对伴流的敏感性大于稀释,而在射流速度小于30 m/s时对稀释更敏感。     

火焰拉伸对甲烷/空气和丙烷/空气层流燃烧速度的影响

通过拓展层流火焰消耗速度的概念,将其定义与反应进程变量（progress variable）的定义相结合,给出了一个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,以及其与未燃气体的位移速度和已燃气体的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,研究了在不同当量比下,火焰拉伸对层流燃烧速度的影响,并得出了马克斯坦长度。对基于通过火焰前锋放热率的积分层流燃烧速度和基于燃料消耗率的积分层流燃烧速度进行了比较。结论表明低拉伸火焰的马克斯坦数与渐进分析一致,也与球形火焰获得的实验数据吻合。     

贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性

在低污染模型燃烧室上,从实验角度研究了常温常压下贫燃预混旋流火焰燃烧不稳定性.主要着眼于当量比、旋流数和掺混段结构对于燃烧不稳定性的影响.结果表明,当量比对燃烧的稳定性具有重要影响,随着当量比的提高,燃烧经历了稳定-不稳定-极限环,振荡的频率变化不大,而脉动压力幅值显著增大,最终达到极限环状态.旋流强度增大会导致压力脉动增大,进入不稳定的最小当量比降低.实验所采用的开孔掺混方式与开放式的自由混合方式相比,对燃烧不稳定压力脉动有减小的效果.     

浓淡偏差射流稳定煤粉火焰的燃烧试验研究

利用一种新型煤粉浓淡偏差射流燃烧器,在单火嘴燃烧试验台上对浓淡偏差射流燃烧性能进行的热态模拟试验及其结果。试验结果分析表明：采用局部浓缩的方法提高煤粉浓度,以改变一次风射流中的煤粉浓度分布实现浓淡偏差燃烧,可以有效地强化和稳定燃烧,并具有良好的低负荷稳燃性能。     

生物质燃气预混层流燃烧特性的实验研究

在密闭燃烧容器中对常温、常压环境下的生物质燃气预混层流燃烧特性进行了实验研究,研究了不同燃气组分、不同当量比对生物质燃气预混层流火焰传播速度、火焰表面拉伸率和层流燃烧速度的影响规律。研究结果表明:发酵法制取的生物质燃气中甲烷含量越高,其层流火焰传播速度就越快;相同尺寸的火焰锋面上拉伸率越大,层流燃烧速度则越快;随着当量比的增大,层流火焰传播速度、层流燃烧速度呈现出先增大后减小的趋势。     

磁场强度对层流预混火焰燃烧过程中NO_x生成特性的影响

以液化气层流预混火焰为实验研究对象。搭建了燃烧试验台,并在火焰两侧施加放电磁场,测定磁场强度,并测量了电磁场中层流预混火焰燃烧温度和NOx浓度,分析了在不同磁场强度下层流预混火焰燃烧特性及NOx生成特性。结果显示,在电磁场的作用下,火焰温度升高、直径略微增加、高度有所降低,同时电磁场降低火焰中N、HCN、CN等离子和离子团与氧的碰撞几率,导致NOx浓度下降,最大下降为2.998 mg/m3。     

基于FGM模型的同轴射流非预混火焰大涡模拟

采用直接数值模拟方法对二甲醚(Dimethyl Ether,DME)射流推举燃烧进行了研究（DNS）,分析了DME射流推举火焰结构、燃烧模式和推举稳定机理。数值模拟工况条件为：燃料由狭缝射出,初始温度500 K,射流速度138 m/s;伴流空气的初始温度1 000 K,流速3 m/s,压力为0506 6 MPa。研究表明：DME射流推举火焰与传统的边火焰有很大不同,在射流核心区内存在1条低温放热分支以及紧随其后的中温着火分支,并且推举稳定点位于贫燃侧;DME湍流射流推举火焰包含冷焰反应区(Cool Flame Zone,CFZ)、中温反应区(Intermediate Temperature Zone,ITZ)、富燃高温区(High Temperature Rich Burn Zone,HTR)以及贫燃高温区(High Temperature Lean Burn Zone,HTL)4种模式;在CFZ与ITZ区内湍流混合占主导,并且湍流混合会抑制低温放热;在HTR与HTL区内放热速率占主导地位,但是湍流会显著增强超贫燃区间内的高温放热速率;大部分热量在HTL和HTR区产生,而CFZ和ITZ区对总体产热的贡献微乎其微,但是所产生的中低温组分加快了高温着火过程;射流推举稳定性由贫燃侧的高温自着火反应机制所控制。     

预混湍流火焰的根部脉动特性

采用平面激光诱导荧光的测试方法捕捉本生灯预混湍流火焰的瞬态形态,重点分析火焰根部的脉动特性及其对火焰稳定的影响.采用挡环和多孔板式湍流发生器,分别形成边界层湍流和位势流湍流.实验结果表明,对于这两种湍流发生器,射流火焰根部的脉动幅度都随来流速度的增大逐渐增强;增大湍流发生器的特征尺寸或者降低混气当量比,都会加大火焰根部的脉动幅度.挡环尺度的影响则表明了临界尺度的存在.当挡环尺度小于临界尺度时,火焰根部的脉动不利于火焰的稳定,即随着挡环尺度的增加,火焰吹熄速度降低.而当挡环尺度大于临界尺度时,随着挡环尺度的增加,吹熄速度变大.因此湍流的产生区域对火焰吹熄速度有着重要影响.     

Study on Flow Characteristics of Bluff-body Stabilized Turbulent Premixed Flames

采用粒子图像测速技术对钝体燃烧器出口下游流场进行了测量,比较分析了冷、热态流动结构以及速度对流场特性的影响.结果表明：钝体燃烧器冷、热态流动特性具有明显差异：冷态流场属于环流主导型,中心轴线上有前、后两个滞止点;而热态流场表现为射流主导型结构,并且随着中心射流流速的增大射流的主导作用增大,中心轴线上没有出现滞止点,并且中心轴线上速度最小值随着中心射流流速增大而减小且接近燃烧器出口,随着速度比的增大而增大且远离燃烧器出口;冷态条件下靠近燃烧器出口处湍动能较大,热态条件下燃烧器下游的湍动能较大,速度较高的工况具有较大的湍动能.     

高压下氢气-乙醇球形膨胀火焰的层流燃烧速度和火焰不稳定性研究

在初始温度为400 K、不同的初始压力（0.1 MPa、0.4 MPa）、氢气比例（70%、80%）和当量比（0.7～1.4）条件下进行氢气-乙醇预混燃烧实验,使用高速纹影技术记录火焰传播图像。对氢气-乙醇球形膨胀火焰中的层流燃烧速度（LBV）进行实验研究,发现LBV随着氢气比例的增加而增加,压力升高却有着负影响。对火焰发展不同阶段的火焰形貌进行了研究。当火焰表面的大裂纹分裂出现小裂纹并且导致新细胞再生时,火焰变得不稳定。通过热膨胀比、火焰厚度和刘易斯数等参数考察了流体动力学效应和热扩散效应对火焰固有不稳定性的影响。结果表明,流体动力不稳定性随着压力的增加而增加,热扩散不稳定性对压力变化的敏感性较低。此外,增加氢气比例或初始压力会导致火焰更早遭受不稳定。     

掺氢对汽油预混燃烧特性的影响

为研究掺氢比和初始压力对汽油层流燃烧特性的影响,在定容燃烧试验系统内对初始温度为400 K,初始压力为0.10 MPa、0.15 MPa和0.20 MPa,掺氢比为0％、5％、25％、50％、75％、100％,当量比在0.7～1.6范围的汽油/H2混合气进行预混层流燃烧特性的试验研究,通过高速纹影图像采集系统记录了混合...     

二甲醚球形扩散火焰的熄火机理研究

采用改进的PREMIX模型及"化学爆炸模式分析(CEMA)"方法,对二甲醚(DME)球形扩散火焰的熄火机理进行数值诊断,分析环境氧气摩尔分数(X_(O_2))及详细基元反应对熄火极限的影响,利用"爆炸因子"和"分岔因子"的概念,确定控制DME球形扩散火焰熄火的关键反应动力学因素。结果表明:DME冷焰具有比热焰更宽的可燃范围;冷焰对X_(O_2)的敏感性弱很多,热焰中具有正特征值的CEM首次出现在最高温度处;在熄火极限附近,CEM的特征值变为虚数,说明熄火伴随着振荡;热焰的熄火主要由小分子所参与的高温反应所控制,而冷焰熄火主要由大分子所参与的低温反应所控制。