CH_4/O_2/He混合气体作大气压介质阻挡放电处理后其燃烧特性的改变

低温等离子体助燃技术在提高燃烧效率和拓展燃烧极限方面表现出良好的应用前景.为此,利用大气压介质阻挡放电对CH4/O2/He混合气体进行处理,对低温等离子体增强燃料燃烧的特性开展了研究.建立了介质阻挡放电助燃装置,对预混燃烧火焰图像进行采集并从中提取火焰燃烧锋面,采用本生灯法对等离子体作用下预混火焰传播速度进行测量,并与等离子体关闭时火焰传播速度进行比较分析,以此评价等离子体增强燃烧的效果.结果表明：在不同当量比（φ）工况下,无论有无等离子体作用,随着φ增加,火焰传播速度均先增加后减小,φ=1时达到最大值;对CH4/O2/He混合气体进行等离子体放电处理后,其火焰传播速度在不同当量比作用下都有所增强,在当量比为0.85～1.15的范围内,燃烧速度增加17％～35％,因此可以认为等离子体对预混甲烷燃烧有显著强化作用.

预混层流燃烧的试验方法综述

层流燃烧是燃烧机理研究的重要内容,是进行湍流燃烧研究的重要依据。而层流燃烧研究的手段与方法是决定其研究结果准确与否的重要基础。为此,本文综述了目前世界上较为常用的层流燃烧研究试验方法,包括本生灯法、平面燃烧器法、滞止面法、定容燃烧弹法,介绍其试验原理与结构,分析了各种方法的优点与缺点,为更好地开展层流燃烧的试验研究提供了的参考。

本生灯层流预混火焰稳定点与熄火机理

采用速度匹配法结合壁面淬熄分析甲烷本生灯层流预混火焰稳定点与熄火机理,得到了贫油与富油状态下火焰稳定点不同的移动规律,定量预测了火焰吹熄特性关系,并通过实验验证.火焰稳定点在本生灯出口附近的边界层中,该处的火焰传播速度与预混气来流速度相平衡;而在边界层中,以火焰稳定点为起点,存在一个可点火区域.随着来流预混气流速的增大或者当量比远离恰当比,这一可点火区域逐渐缩小,直至成为一个点,此时即为熄火的临界状态.通过比较近壁面的当地气流速度与火焰传播速度,并采用非耦合的方法分析壁面淬熄的影响,得到了火焰稳定点的移动规律.在径向上,火焰稳定点随来流速度增大向射流中心线方向移动;在轴向上,随流速增大,贫油工况下稳定点向下游移动,富油工况时则向上游移动.根据火焰稳定点移动规律结合可点火区域分析定量预测了吹熄特性,通过了实验验证,证明了火焰的熄火机理.

本生灯法结合纹影技术测量甲烷/空气层流燃烧速度及流场分析

层流燃烧速度是确定燃烧传播模型和验证化学反应机理的关键参数。搭建了本生灯实验系统和纹影实验系统用于探究甲烷预混层流燃烧特性,通过本生灯法和纹影技术测得了甲烷/氮气/空气的层流燃烧速度和火焰外部流场,并且探究了当量比及氮气掺混对层流燃烧速度和火焰外部流场的影响。研究发现,当量比对甲烷层流预混火焰燃烧特性有着重要的影响,随着当量比的增加,层流燃烧速度先增大后减小,锥形火焰高度先减小后增加,火焰外部流场开始逐渐趋于稳定;氮气掺混对层流燃烧速度起着降低的作用,且掺混的氮气越多,层流燃烧速度降低幅度越大;掺混氮气后火焰高度增加,但是火焰外部流场变得更加紊乱,难以稳定。

天然气法向火焰传播速度仿真与实验测试

基于本生灯法,利用CHEMKIN软件结合GRI-Mech 3.0反应机理和Lawrence实验室反应机理,分别对实验测试用的8种不同组成天然气进行法向火焰传播速度仿真计算,得出GRI-Mech 3.0反应机理模拟值更能体现实际天然气法向火焰传播速度与气质组成的变化关系趋势.设计实验系统测试纯甲烷的法向火焰传播速度,结合标高法、摄影高度法和摄影角度法3种数据处理方法,对比所得实验测试值与文献参考值,得出一次空气系数为0.8～1.0时,利用摄影高度法所得实验测试值与文献参考值较接近.通过实验测试8种不同组成天然气的法向火焰传播速度,并将3种数据处理方法所得实验测试值与模拟值对比,结果显示：在一次空气系数较小情况下,火焰内锥表面模糊,较难形成清晰的三角锥结构,3种数据处理方法所得实验测试值均存在较大误差,与模拟值偏差较大;相对而言,摄影高度法更能真实反映实验测试值,与模拟值和文献参考值较接近.