CH_4/O_2/CO_2层流预混火焰传播速度实验研究

采用本生灯法，测量了CH4／O2／CO2混合气在不同工况下的层流预混火焰传播速度．采用基于火焰图像的全面积法计算本生灯火焰的传播速度．主要研究了化学当量比（0．8～1．2）、氧气体积分数（25％～35％）和稀释剂种类（N2，CO2）对火焰传播速度的影响规律．结果表明：当化学当量比为1时火焰传播的速度达到最大值，在其两侧火焰传播速度逐渐下降；火焰传播速度随着氧气体积分数的增加而增加，且火焰传播速度与氧气体积分数呈二次函数关系；与N2相比，高浓度CO2降低了火焰传播速度，CH4在O2／CO2气氛下的火焰传播速度约为O2／N4气氛下的五分之一。

流量非对称性对层流火焰传播速度测量的影响

对冲火焰被广泛地应用于测量层流火焰传播速度,但实验中常常出现两个喷嘴的流量非对称,造成流场的非对称性。通过数值模拟发现,流量不对称性使得火焰锋面不断移向流量较小的一侧,两侧火焰速度均发生变化,随着流量差增大,流量较大侧得到的层流火焰速度也稍有增加,而流量较小侧的与对称条件下的一致。建议尽量使用流量较小侧作为测量区域。在常规实验的流量偏差内,使用局部拉伸率拟合所得到的层流火焰传播速度是可靠的。

氢气和水蒸气对甲烷/空气层流火焰传播速度的影响

为了较为系统地认识氢气和水蒸气对火焰传播的影响,应用CHEMKIN Ⅱ程序计算了甲烷/空气层流预混火焰传播速度,并就水蒸气和氢气对火焰传播速度的影响做了定量计算与分析.结果表明:氢气能使火焰传播速度大幅提高,且当初始温度升高时,氢气对火焰传播速度的提高作用增大;水蒸气的加入会使甲烷/空气层流预混火焰传播速度降低,并且在空气过量时燃料越少其影响越弱;当氢气和水蒸气同时加入预混气时,水蒸气的加入会使氢气对火焰传播速度的提高作用减弱.

基于MATLAB图像处理的层流火焰传播速度研究

为了减小传统本生灯火焰法测定层流预混火焰传播速度的误差,基于MATLAB图像处理技术提出了一种改进火焰图像处理及提取火焰边界线数据的方法。该方法对图像进行优化处理后运用LOG算子检测边缘信息,并为其添加平滑曲线;然后将散点拟合为函数表达式,选用Polynomial逼近方式修正拟合曲线误差;换算为实际坐标后对拟合函数进行面积积分计算,即得更接近真实的火焰外表面积。利用该方法对不同当量比下甲烷燃烧的本生灯火焰图像进行处理,求取其层流火焰传播速度,并与前人结果进行对比。结果表明,传统全面积法所得结果普遍偏高;相比于Vagelopulous利用平面火焰法所得结果,该方法获取的层流火焰传播速度在贫燃侧与之相近,在富燃侧则较之略低。

高密度烃层流火焰传播速度试验研究

为了研究液态燃料的预混燃烧特性,利用本生灯方法与数字图像处理技术相结合的方法对高密度烃的层流火焰传播速度和贫油点火、熄火极限进行了试验测量。研究表明:高密度烃的层流火焰传播速度在恰当比为1.1附近取得最大值;贫油燃烧阶段的层流火焰传播速度随当量比的变化幅度比富油燃烧阶段小;当量比相同时,燃油流量的改变对层流火焰传播速度的影响不大;层流火焰传播速度随混合气体温度的增加而增加;随混合气体温度的增加,层流火焰传播速度随当量比的变化幅度增大;燃油流量在小于35ml/h区域内,贫油点火极限、熄火极限的当量比存在一定的波动,且随混合气体温度的增加而减小,但减小幅度不大。

1-戊烯层流火焰传播速度的测量

1-戊烯是国产93号汽油的重要烯烃组成成分,通过定容弹燃烧实验系统测量了1-戊烯在初始压力0.1,MPa和0.3,MPa,初始温度350,K和450,K、当量比从0.5~1.6的层流火焰传播速度,结果表明初始压力的升高对1-戊烯的层流火焰传播速度有抑制作用;而初始温度的升高则对其有促进作用;随着当量比的增大,层流火焰传播速度先增大,在当量比为1.1处取得最大值,而后随之下降.对比1-戊烯反应机理计算结果发现,机理计算结果无法较好地与实验结果吻合,并且机理过于庞大,无法应用于实际CFD计算.

预混层流燃烧中离子电流与火焰传播速度的相关性研究

在当量空燃比φ_a=1、初始压力P_0=0.1MPa、初始温度T_0=300K、离子电流装置偏置电压U=400V的条件下,对压缩天然气掺氢(CNG+H_2)、液化石油气(LPG)、二甲醚(DME)在定容燃烧弹中的球形火焰燃烧过程进行了分析,分别测量了三种燃料的层流火焰传播速度、离子电流以及燃烧压力,利用相关性原理探讨了预混层流火焰传播速度与离子电流之间的关系,研究结果表明:正常燃烧的离子电流通常由点火、火焰前锋以及焰后区三部分组成,而火焰传播速度与焰后区离子电流峰值的样本相关系数在0.51～0.95之间。因此,三种燃料焰后区的离子电流峰值与层流火焰传播速度之间均存在一定的相关性。

超细水雾作用下CH_4层流火焰传播速度数值研究

层流火焰传播速度(LFPS)是研究分析燃烧与爆炸的关键特征参数,层流火焰速度下降率也是评价各种稀释剂对燃烧抑制效果的常用方法。基于CHEMKIN 17.0中的一维层流预混火焰速度计算模型,定量分析了稀释、潜热冷却、化学抑制对CH4-AIR层流火焰传播速度的影响规律;并考虑了化学当量比变化的影响。研究表明稀释和潜热冷都是降低CH4层流火焰传播速度的主要因素。随着稀释剂浓度的增加,稀释作用对火焰传播速度的影响增大,潜热冷却作用对火焰传播速度的影响减小,化学抑制作用的影响基本不变化,范围在8.8%~10.2%。化学当量比小于1.2时,化学抑制作用会降低火焰传播速度,降低比例在8.1%~9.7%之间;当化学当量比大于1.3时,化学抑制不起作用,甚至促使火焰传播速度的增大。

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.

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+O2=O+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.

水蒸气对合成气层流火焰传播特性的影响

选用Davis-机理模拟研究初始温度400 K时,含有水蒸气的合成气/空气预混层流火焰传播特性.结合敏感性分析,从热力学效应、直接化学反应效应及化学三体反应效应方面详细分析水蒸气稀释作用.研究结果表明:当燃料中氢气的体积分数大于25%时,层流火焰传播速度、绝热火焰温度及重要自由基摩尔分数均随稀释剂比例的增加显著降低;在水蒸气整体稀释作用中,热力学效应起支配作用;随氢气体积分数的增加,当混合物当量比较小时,直接化学反应效应影响从促进作用发展为抑制作用;当稀释剂较少时,化学三体反应效应影响存在显著的抑制—促进—抑制作用的变化过程.

1-庚烯/空气的高压层流火焰传播研究（英文）

本文使用定容圆柱形燃烧弹,在初始温度373K和初始压力1、2、5、10 atm的条件下,对当量比从0.7到1.5的1-庚烯/空气混合物的层流火焰传播进行了研究.利用记录的纹影图像处理得到层流火焰传播速度和马克斯坦长度.基于先前报道的1-己烯燃烧反应动力学模型,发展了1-庚烯的模型.该模型验证了本工作测量的1-庚烯层流火焰传播速度数据及文献中的1-庚烯着火延迟时间数据.通过开展敏感性分析和路径分析,帮助理解了1-庚烯在不同压力下的高温化学及其对层流火焰传播的影响.另外,比较了1-庚烯/空气和先前报道的正庚烷/空气的层流火焰传播.由于更强的放热性及反应活性,1-庚烯/空气的层流火焰传播速度在绝大多数条件下均快于正庚烷/空气的结果.

CO\H2合成气层流火焰速度实验研究

该研究采用实验与模拟相结合的方式,对不同工况条件下合成气层流火焰速度的变化规律进行了探究。通过大量的数据分析研究,发现合成气的层流火焰速度与H_(2)含量呈正相关的关系。而当化学反应当量比增大时,合成气的层流火焰速度会先上升,达到峰值后下降,且峰值的位置会随着合成气中H_(2)含量的减少而向当量比增大的方向移动。这种现象的产生,是由于在工况条件改变时,化学反应区域的H自由基浓度发生了相应的改变。通过研究发现,层流火焰速度与反应区域内的最大H自由基浓度呈正相关的关系,且以R28:CO+OH=CO_(2)+H、R1:H+O_(2)=O+OH为主的基元反应,对反应区域内H自由基浓度的变化起了至关重要的作用。

苯-空气低压预混层流火焰燃烧特性研究

采用Chemkin软件中的预混层流火焰传播速度模型,对苯化学燃烧中的火焰传播速度、火焰温度、燃烧质量流量、预混火焰结构、苯的生成速率、敏感性分析与燃烧反应路径进行了模拟分析。结果表明:采用的CRECK机理模型可适应于研究混合气预混火焰燃烧;当量比等于1.1时,层流火焰传播速度、火焰温度和层流质量燃烧流量均达到最大值;OH、O和H是激发消耗苯反应的主要自由基;苯发生提氢反应对苯消耗的贡献率为98.5%,其中,由OH提氢反应的比例最高,占43.8%。

火焰图像法计算气体层流燃烧反应动力学参数

采用本生灯实验系统对CH4/CO/空气混合的层流火焰传播速度进行了测量,并对系统进行了改进,找到了更为高效准确的火焰图像数据处理方法给出了计算预混气体层流火焰传播速度的公式,通过该公式可对燃料在特定条件下燃烧的表观活化能、反应级数、频率因子等参数进行进一步推算,并推算了该公式应用于不同燃空当量比工况时的修正因子.以CH4/CO单组分及混合燃烧为例,将模型预测结果与实验结果进行了对比,结果显示模型预测结果与实验结果吻合度高.

对冲火焰流场的二维分布对层流火焰传播速度测量的影响

在φ=0.6～0.75的条件下,利用PIV测得对冲火焰的二维速度场,分析使用偏移中心线一定距离提取的轴线速度分布曲线所得到的层流火焰传播速度S_L^0与沿中心线提取的速度分布曲线得到的S_L^0之间的误差大小。实验结果表明,在弱火焰时对冲火焰速度场具有明显的二维效应。φ=0.6,偏离中心轴线5mm时,相对误差达到33%;而φ=0.75时,相对误差小于5%。因此,对于弱火焰的二维速度场,测量必须沿中心线进行。

臭氧对甲烷/空气层流火焰传播速度影响规律

为提高气体机稀薄燃烧时的燃烧性能,解决天然气发动机在稀薄燃烧情况下点火能量高以及火焰传播速度慢的问题,利用强氧化性的臭氧对燃料进行改质,进而提高天然气燃烧性能。通过Chemkin软件研究臭氧添加对甲烷层流火焰传播速度的影响,并对臭氧助燃的化学机理进行数值分析。试验结果表明:添加臭氧后,层流火焰传播速度增加,在稀薄混合气条件下增加量更明显。在不同温度及压力条件下,掺加臭氧均能增加层流火焰传播速度,最大可增加36%。分析表明:掺加臭氧能明显提升自由基及中间产物的生成量,进而提高甲烷层流火焰传播速度。

汽油与异辛烷/正庚烷的燃烧特性分析

利用定容燃烧弹系统,研究了相同辛烷值的两种燃料—标准汽油和异辛烷/正庚烷在化学当量比条件下的预混燃烧过程。通过高速摄像系统拍摄了标准汽油和异辛烷/正庚烷的层流预混阶段火焰传播过程,着重分析、比较了两种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度。结果表明,虽然两者辛烷值相同,但是异辛烷/正庚烷拉伸和无拉伸层流火焰传播速度均高于标准汽油的,而且标准汽油对应负的马克斯坦长度,其火焰稳定性较差,异辛烷/正庚烷对应正的马克斯坦长度,其火焰的稳定性较好。从火焰外观上,两种燃料的前期火焰基本一致,为淡蓝色预混火焰;但后期火焰的差异很大,汽油呈碳粒型燃烧,而异辛烷/正庚烷则为充分预混型。

正十四烷低温点火及燃烧机理的构建和简化

为了开展燃烧流场数值模拟,构建了包含71个组分391个反应方程的正十四烷低温点火及燃烧骨架反应动力学机理(C14_SK71);采用计算奇异摄动法(CSP)和准稳态假设法(QSSA)对骨架机理进行简化,得到包含44个组分40个反应方程的总包简化机理(C14_Red44);通过实验测得的点火延迟时间、火焰传播速度以及射流搅拌反应器(JSR)组分浓度数据对机理进行了计算和验证。结果表明:该十四烷燃烧机理能够比较准确地预测温度700K^1350K内点火延迟数据,再现中低温条件下的负温度效应(NTC);较好地模拟了当量比0.7~1.4内的正十四烷/空气预混气的层流火焰传播速度,以及温度650K^1050K内正十四烷氧化过程中的组分分布。与现有的正十四烷氧化反应机理相比,该骨架机理和总包简化机理规模较小,为进一步开展燃烧流场数值模拟提供了可用的反应机理模型。

添加含氧燃料对正庚烷火焰特性的影响研究

利用定容燃烧弹系统,在定容、预混、理论空燃比的情况下研究正庚烷、MTBE/正庚烷和乙醇/正庚烷的预混燃烧过程。通过高速摄像系统拍摄了正庚烷、MTBE/正庚烷和乙醇/正庚烷的层流预混阶段火焰传播过程,通过对比燃烧火焰照片和对应的压力曲线,计算分析了3种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度等,并且分析比较它们之间的差异。结果表明,庚烷中加入MTBE和乙醇后,拉伸和无拉伸层流火焰传播速度加快,马克斯坦长度增加,火焰的稳定性增强。