不同稀释条件下湍流扩散射流火焰推举和吹熄特性研究

为了安全高效地利用低污染燃烧技术,使用丙烷作为燃料,通过改变稀释气体种类(He/N_(2)/CO_(2))、燃料摩尔分数(0.5~1.0)和射流速度(1.5~55 m/s),采用实验方法研究了不同稀释气体下湍流扩散射流火焰推举高度和吹熄极限.研究表明,对于完全湍流推举火焰,当燃料摩尔分数由1.0下降至0.5时,射流速度每增加1 m/s,火焰推举高度由增加0.18 cm上升至增加0.34 cm(氦气)、0.45 cm(氮气)和0.59 cm(二氧化碳).通过在预混火焰模型中加入燃料摩尔分数这一表征稀释程度的项,修正了Kalghatgi提出的预混火焰预测推举高度模型.同时,当燃料摩尔分数从1.0下降至0.5时,火焰吹熄速度从55 m/s下降至26 m/s(氦气)、16 m/s(氮气)和10.5 m/s(二氧化碳),验证了Kalghatgi提出的预混火焰模型在预测不同稀释气体和稀释度条件下预测吹熄极限的适用性.

CH_4/Air反扩散射流火焰多组分同步PLIF诊断

多组分同步平面激光诱导荧光技术在研究火焰结构和燃烧反应中间产物二维分布等方面有着重要作用。为了研究CH4-Air反扩散射流火焰,搭建了OH/CH2O/丙酮(Acetone)多组分同步平面激光诱导荧光实验系统。系统由2套激光器、2部ICCD相机、1组时序控制器以及光学系统构成。通过对不同组分物质分子有效激发策略、时序控制方法以及双ICCD成像技术进行了分析,最终实现了对火焰反应区、预热区以及燃料分布区域等火焰结构信息瞬态测量及可视化。基于该实验系统,对反扩散射流火焰进行了实验研究。研究结果表明,反扩散射流火焰形式既不同于传统的预混火焰,也不同于常规的扩散火焰,更多表现为部分预混的扩散火焰;较之OH*化学发光成像,多组分平面激光诱导荧光结构更能准确认识火焰的基本形态和燃烧模式,在基础燃烧和工业研究中都具有重要的应用价值。

不同低环境压力下扩散射流火焰高度的实验研究

通过在变压力实验舱中开展扩散射流火实验,研究了不同压力环境条件下平均火焰高度的分布特征。研究发现:各环境压力条件下平均火焰高度都呈现出先随火源功率的增加急剧增加,而后增加的趋势又逐渐放缓的规律。在火源功率较小时,各环境压力下平均火焰高度差别比较小,而随着火源功率的增加,各环境压力下平均火焰高度差别逐渐增大。在火源功率相对较大的情况下,对于相同火源功率,平均火焰高度随气压的增加而降低。通过拟合无量纲火焰高度和无量纲火源功率获得了不同压力环境下平均火焰高度拟合关系式。

医用水射流在不同力学性能皮肤上的注射效果研究

为探究不同力学性能皮肤对无针注射效果的影响,通过注射不同质量分数的凝胶皮肤模型进行注射效果分析。首先,通过自制压力测试平台,分析不同注射参数下气动式无针注射系统微射流动力学特征;其次,采用气动式无针注射系统分别开展凝胶注射试验与离体猪肉组织注射试验,探究凝胶注射试验的可靠性;在此基础上,分别开展单层、双层及多层凝胶注射试验,探究多层结构组织及不同层间界面条件下气动式无针注射系统微射流的扩散特征。研究结果表明:随着凝胶弹性模量增大,注射深度、扩散面积和注射完成率均减小;同时,分界面一定条件下起到促进药液横向扩散作用,疏松界面一定会出现层间积液,紧密界面可能出现层间漏液现象。研究结果可为无针注射系统在不同力学性能皮肤条件下的进一步发展应用提供理论依据和技术支撑。

离心力场下扩散射流火焰的特性

以直段空腔和弯曲空腔为研究对象,在相同的初始条件下试验了两者之间火焰传播的特性,研究了强离心力条件下的扩散射流火焰特性.通过比较分析,在弯曲空腔中离心力场的影响下,扩散射流火焰受到浮升力的作用,以"焰泡迁移"的方式在主流中传播,加快了火焰传播速度,削弱了横向气流的干扰作用,使扩散射流火焰顺利地与空气掺混反应,增加了其在横向气流中的穿透深度.

气辅成型中高压气体射流扩散特征分析

通过试验研究和理论分析,研究了气辅成型工艺中气体穿透聚合物熔体的扩散特征。结果表明,在气体注射点近区,气体对聚合物熔体冲击程度较大,呈现出复杂流动形态及扩散特征;当气泡穿透到离注气点一定距离后才趋于均匀;在气泡末端,由于气体的二次穿透作用而使气泡变得细而长。研究结果对于气辅工艺开发和气辅模具设计有重要指导意义。

流速和水深对射流扩散的影响

在 1m×1m×21m的水槽底部安装模型喷口形成水平周向射流,在没有浮力的情况下试验研究流速和水深对射流扩散的影响,结果表明射流近区稀释度基本随着流速的增加而线性增加,在大多数情况下,稀释度也随着水深的增加而增加。

甲烷射流扩散火焰结构试验研究

利用不同口径、不同流量的甲烷射流扩散火试验研究了射流扩散火焰结构特征,得到了射流火从层流燃烧到湍流燃烧再到吹熄的一般规律。结果表明,不同口径射流火在层流扩散燃烧与湍流扩散燃烧时火焰高度的变化各有不同。火焰最大高度出现在湍流扩散燃烧阶段。某些工况下燃烧出现脉动火焰现象,此时的火焰高度较小。

受限湍流射流扩散火焰的PDF模拟

采用k ε双方程模型和概率密度函数(PDF)相结合的办法,研究受限条件下的湍流射流扩散火焰,着重考虑受限条件下固体壁面、压力梯度等因素对速度场和标量场求解的影响,并在此基础上对两个不同尺寸的受限湍流燃烧场进行计算,分别研究了受限湍流射流扩散火焰的流场结构、火焰结构和火焰形状.最后给出结果,定性分析,并得出结论.

一种新型的预测射流扩散火焰长度、直径和体积的方法

对二甲醚、天然气、LPG射流扩散火焰的长度、直径及体积特性进行试验和理论研究,并探究了喷嘴内径d_f对火焰流动状态的影响.结果表明,随d_f的增加,火焰过渡区及吹熄极限对应的射流雷诺数Ref逐渐增加,而相应的射流速度u_f逐渐降低.对每种燃料,其层流无量纲火焰长度与Re_f呈正比,湍流无量纲火焰长度为定值;在层流和湍流状态下,火焰直径恒定,但在过渡区,火焰直径快速增加.据此,本文提出一种新型、预测精度更高的射流扩散火焰几何尺寸的关联式,并拟合出二甲醚、天然气、LPG火焰的无量纲长度、直径及体积的经验关联式.

不同同轴空气流速下甲烷射流扩散火焰NO_x的生成特性

对不同同轴空气流速和同轴空气为脉动流时的甲烷湍流扩散火焰NOx排放特性进行了研究,分别采用标量联合概率密度函数(PDF)湍流燃烧模型和涡耗散概念模型(EDC)进行了计算,并与试验值进行了对比.结果表明:EDC模型能较准确地预测NOx的生成,而PDF模型中的mod-ified curl分子混合模型存在一定的缺陷;提高同轴空气流速或当同轴空气流为脉动流时,NOx排放降低;当同轴空气流速提高时,火焰面的标量耗散率提高,由湍流强度增大引起的辐射损失增加,且生成物与空气的快速混合使火焰面变窄,降低了NO的生成,但提高了NO向NO2的转化率;当同轴空气为周期性速度脉动流(频率100 Hz)时,与定常速度相比,时均NOx排放指数降低.

甲烷/空气湍流射流扩散火焰的化学动力学模拟

利用几率密度函数方法求解标量场及用统计矩方法求解流场相结合的手段,对甲烷/空气湍流射流扩散火焰结构进行了计算模拟,其中,考虑了从简化到详细的三种不同规模的甲烷氧化反应动力学机理.计算结果与已有的实验结果进行了比较和分析,表明该模型可以很好地预测流场变化.在预测主要组分和温度时,三种机理具有相同的效果,在预测小浓度组分时,详细机理具有更好的效果.此外,简化机理能够极大地缩短计算时间,因而在工程应用中有着巨大的潜力.

低气压下湍流扩散射流火焰形态的实验研究

通过在拉萨和合肥两地开展丙烷射流火实验,研究了两地湍流扩散射流火焰形态的不同,分析了低压低氧条件对火焰形态的影响机理。通过图像处理,得到了两地的火焰高度和火焰面积,并通过圆柱体假设,得到了等效的火焰宽度。研究结果表明,对于相同的燃料种类和喷嘴口径,当火源功率相同时,拉萨的火焰高度、火焰等效宽度和火焰面积比合肥的大。两地的火焰高度与火焰等效宽度的比值均为一常数,拉萨的数值略大于合肥,两地的均值约为13.8。

稀释对射流扩散火焰抬举及吹熄特性影响的实验研究

以低热值气体燃料的燃烧利用为背景,以N_2或CO_2稀释的甲烷或丙烷及内径2mm或3mm的喷管作为多重变量,实验研究了射流扩散火焰的抬举速度及吹熄速度随燃料稀释比的变化规律.结果发现,随着稀释比的增大,火焰抬举速度近似呈线性缓慢减小,吹熄速度近似呈指数快速衰减.分析表明,这主要归因于稀释导致了当量混合层流火焰速度、初始燃料质量分数及燃烧放热的减小,并对低热值气体燃料的燃烧器设计提出了建议.此外,大于临界稀释比时,附着火焰随射流速度的增大不能转变为稳定的抬举火焰而会发生直接吹熄,依据甲烷和丙烷临界稀释比对应的射流雷诺数推测出二者的临界稀释比可能受不同机理的控制.

横向声波扰动下甲烷射流扩散火焰的频率响应

为了探索火焰在横向声波扰动下的振荡现象,基于高速火焰/纹影图像研究了开放环境中横向声波激励作用下甲烷射流扩散火焰的响应。外加声波激励的频率分别为5、10、15、20 Hz,声波激励幅值均为3 V,采用无声波激励组作为对照组。对时序彩色火焰图像处理得到火焰整体频谱图和火焰振荡主频云图,对时序火焰流场纹影图像处理得到火焰流场振荡主频云图。从火焰整体频谱图中发现:所有实验条件下火焰振荡主频均为10.7 Hz,但从火焰振荡主频云图和流场振荡主频云图中却可以发现火焰振荡主频中存在非线性响应(20.5 Hz和21.4 Hz),横向声波激励和大尺度涡结构的相互作用影响这种局部非线性响应的出现。在流场振荡主频云图中可以发现喷嘴出口存在对应于外部声波激励的振荡频率,这是声波驱使射流周期性横向运动的结果。

窄缝挑坎倾角对射流扩散减冲效果试验和挑距计算

本文通过试验得到了坝内深孔出口窄缝挑坎倾角变化对射流扩散、下游河床冲刷及冲刷坑起坑点影响的成果。另外,还提出窄缝挑坎射流上、下缘挑距计算式,经验证计算值与试验值基本一致,可用于工程计算。

高温气流平面射流扩散过程分析

在工业生产中经常会出现高温烟尘气的排放与扩散现象,研究高温烟尘气的射流扩散过程对于烟尘治理和集尘通风系统设计有重要意义。通过数值模型分析与试验分析结合的方法,对高温气流扩散过程进行分析与研究。结果表明:在高温气流水平浮力射流扩散过程中,射流温度显著改变了射流扩散轨迹和速度分布,随着气流温度的升高,气流密度降低,使射流在水平方向速度衰减加速,而低密度气流的热浮力效应增强,在垂直方向速度值增加加剧,形成了更靠近射流壁面的上浮扩散轨迹;在高温气流射流扩散分析中,在理想气体的浮力模型中添加了密度随温度的变化,因此它比布辛涅斯克近似的浮力模型获得的射流轴线速度与射流扩散轨迹结果更准确,可知该模型适合分析高温气体的浮力扩散特征;两种模型获得的射流速度分布的结果误差相反,使两种模型能够适用于不同类型的工程需求。

横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响研究

为研究横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响,以双喷口火焰为研究对象,利用CCD摄像机拍摄火焰几何形态,研究横向风条件下喷口间距对火焰形态演化、火焰长度和火焰吹熄极限的影响。研究结果表明:喷口间距较小时,2束火焰因空气夹带竞争和压差作用,彼此相互倾斜融合,火焰融合概率随喷口间距增加而逐渐降低,火焰临界融合间距随横向风的增加先增大后减小;由于火焰的空气夹带和热反馈处于较高水平,2束火焰被少量拉伸,火焰长度先增加后减小;喷口间距较小时,火焰吹熄极限显著增加。

含水雾横向风作用下双喷口射流扩散火焰特性

为探究在横向风作用下不同超细水雾含量对双喷口射流扩散火焰燃烧特性的影响,利用高速摄像机拍摄火焰几何形态,分析不同喷口间距和横向风中的超细水雾含量对火焰形态演化、火焰长度和火焰吹熄极限的影响,并基于前人数学模型,推导与增长区域试验数据具有较好相关性的火焰拉伸长度变化的经验公式。结果表明:随着横向风中雾通量的增加,双喷口火焰颜色由蓝黄色转变为橙黄色,同时导致火焰的亮度大幅度降低;由于水雾降温抑制使得火焰拉伸长度随雾通量增加而先增加后降低,且随动量比的增加,火焰拉伸长度先增加后逐渐稳定;雾通量的增加会降低燃料流速较大的火焰吹熄极限。

全射流喷头内部附壁点距离的计算

阐述了全射流喷头中水射流附壁点的距离是喷头射流元件设计的关键尺寸.基于Bourque理论,采用控制面模型,计算了全射流喷头内射流附壁点的距离,并与试验结果和相关文献进行对比,发现在射流扩散系数取9时,计算值与试验值接近.讨论了影响附壁点距离的各种因素,包括位差、壁面倾角、射流流量、射流扩散系数等.研究发现,可通过增大偏移率,增大壁面倾角来增大射流元件中附壁点距离,其中以改变壁面倾角最为显著,流量的改变几乎不影响附壁距离.研究结果对于改进全射流喷头射流元件的设计具有指导意义.