基于图像处理的管道瓦斯爆炸火焰传播速度特征

为研究瓦斯/空气预混气体爆炸火焰传播速度特征,利用瓦斯爆炸实验系统开展了9.5%体积分数下的瓦斯爆炸实验,通过高速摄影系统拍摄了爆炸火焰传播图像;分析提出了利用图像相关系数法计算瓦斯爆炸火焰传播速度的基本原理和方法,计算分析了9.5%体积分数瓦斯爆炸全过程中的火焰传播速度动态变化规律。结果表明:爆炸火焰处于加速、减速、反向传播,再加速、减速直至熄灭的过程,火焰不断震荡。进一步地对爆炸火焰进行了细化分析,通过对预处理图像进行横向和纵向的等分,计算视窗中不同部分的火焰传播速度,并与按整体计算的速度进行对比验证。利用该方法可以计算瓦斯爆炸火焰充满整个管道时的传播速度,为研究瓦斯或者其他气体爆炸火焰传播规律提供了一种新途径。

基于Matlab图像处理的瓦斯爆炸火焰传播速度研究

基于自制小尺寸试验平台进行不同体积分数瓦斯爆炸试验,运用高速摄像机拍摄爆炸图像,直观分析火焰传播过程。利用Matlab软件对拍摄图像进行数字化处理,求得不同瓦斯体积分数下的爆炸火焰传播速度。结果表明:基于图像处理的方法能够简单准确地计算火焰传播速度,火焰亮度阈值的取值对火焰传播速度计算结果有重要影响;火焰传播速度随时间逐渐增大,当出现"郁金香"火焰后略有降低,随后继续增大;瓦斯体积分数对平均火焰传播速度有较大影响,混合当量比为1时火焰传播速度最大,在混合当量比小于1时,火焰传播速度受混合当量比影响较大,而当混合当量比大于1时,火焰传播速度受混合当量比影响较小。

离子电流法测量CH_4/H_2混合气燃烧火焰传播速度的实验研究

在定容燃烧弹上布置一对测量电极,运用离子电流法、根据燃烧火焰在接触测量电极时刻的离子电流信号值,对不同工况下CH4/空气及其掺氢混合气的平均火焰传播速度进行了计算,并与传统光学纹影法测得的火焰速度进行了对比。结果表明：对于CH4/空气混合气预混燃烧火焰,在过量空气系数分别为0.75、0.8、0.85、0.9、1、1.1时,利用离子电流法测得的火焰传播速度分别为1.714、1.935、2.195、2.250、2.045、1.538 m/s,相对纹影法误差分别为1.32%、2.09%、4.65%、3.48%、3.64%、7.06%;对于过量空气系数为0.8的CH4/H2燃料,在掺氢比为0%-80%（10%递增）的情况下,离子电流法测得的火焰传播速度相对于纹影法的误差均在5%之内。该结果为离子电流法的层流火焰传播速度测量提供了理论、实验依据,测量方法简单易行、快捷准确、可行性高。

应用图像处理技术进行预混层流火焰传播速度的在线测量

利用图像处理技术,根据层流预混火焰稳定燃烧的条件结合预混火焰燃烧模型,设计了火焰传播速度在线实时测量系统,通过图像采集在线获取火焰的静态图像,然后自动对图像进行滤波,边缘提取,再进行计算得到火焰传播前沿面积,在线算出火焰传播速度,这种方法具有非接触式测量的优点,利用它不仅可以测量层流预混火焰的传播速度,同时还为层流火焰的燃烧机理的研究提供一种直接的手段.

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。

垂直管道中锆粉云火焰传播速度特性及锆颗粒群燃烧模型

在粉尘云瞬态火焰实验系统上开展实验研究,揭示了垂直管道中锆金属云的火焰传播速度特性并建立了垂直管道中向上运动的锆颗粒群燃烧模型.研究结果表明,锆颗粒的燃烧产物二氧化锆颗粒具有单斜和四方两种晶相.管道中的锆粉云浓度高低可根据火焰锋面形状进行初始判断.垂直管道中锆粉云的最大火焰传播速度随锆粉云浓度的增加先增大后减小,这是由于管道中富燃料燃烧缺氧和未燃颗粒吸收体系热能而造成.锆粉云浓度为0.625kg/m3时,管道中出现最快火焰的传播速度可达39.7m/s.在锆颗粒群燃烧模型中将颗粒燃烧过程分为4个阶段.从宏观现象和微观机理上对锆粉云在垂直管道中的火焰传播过程进行了表征.

基于RGB颜色模型的玉米淀粉爆燃火焰传播速度

采用小尺度粉尘爆炸实验装置对不同质量浓度的玉米淀粉爆燃火焰传播过程进行了实验研究,建立了基于RGB颜色模型的火焰重构及形态学重建的粉尘火焰传播速度计算方法,计算了不同质量浓度下的玉米淀粉爆燃火焰传播速度。结果表明:采用基于RGB颜色模型的速度计算方法能够快速准确地计算出玉米淀粉爆燃火焰传播速度,火焰像素范围的确定是火焰速度计算的关键;管道内火焰传播速度受粉尘云质量浓度的影响,最大火焰传播速度随粉尘云质量浓度的增大先增大后减小,到达速度峰值的时间先缩短后增长,当质量浓度为0.63 kg/m^3时,出现该实验条件下火焰传播速度最大值7.03 m/s。

O_2/CO_2气氛下火焰传播速度影响因素分析

O2/CO2气氛下高浓度CO2的存在对碳氢化合物的火焰传播特性有重要影响。基于化学动力学分析软件CHEMKIN对初始压力为105 Pa,初始温度为298 K,当量比为0.6～1.4的C1～C7直链烷烃在O2/CO2、O2/N2、O2/CO2/AR气氛下的层流火焰传播速度进行模拟计算,探讨气氛、当量比、O2浓度、CO2浓度对火焰传播速度的影响规律。结果表明,火焰传播速度随当量比的增大而先增大后减小,火焰传播速度的最大值出现在当量比1.0或1.1处;在相同O2浓度下,O2/CO2气氛下火焰传播速度要比O2/N2气氛下明显减小,表明CO2的存在对火焰传播有阻碍作用;在O2/CO2/AR气氛下,在O2浓度不变情况下,火焰传播速度随CO2浓度的增大而减小;在O2/CO2气氛下,随O2浓度的提高,火焰传播速度逐渐增大,说明提高O2浓度可改善烷烃的燃烧特性。

低气压富氧环境对薄壁材料火焰传播速度的影响

通过模拟高原低气压环境,研究富氧环境下火焰沿薄壁材料表面传播速度的变化情况.研究表明,大气压力不变时,氧气体积分数越大,火焰传播速度越快;氧气体积分数不变时,火焰传播速度随着大气压力的增大而加快;维持氧分压为一定值时,大气压力越大火焰传播速度越小.大气压力为1 01.3 kPa、氧气体积分数分别为20.9%和23%时,火焰沿薄壁材料表面的传播速度为2.47 mm/s和3.01 mm/s,参照此速度得出了在不同大气压力下,火焰传播速度为2.47 mm/s和3.01 mm/s时对应的氧气体积分数.

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。

催化重整反应加氢对预混气火焰传播速度的影响

根据“驻定火焰法”基本原理 ,利用对冲火焰实验装置系统测量了甲烷与少量氢气预混气的火焰传播速度。结果表明 ,与纯甲烷时相比 ,含氢条件下的火焰传播速度有了明显的提高。实验氢气是甲烷与水蒸汽在催化重整反应中产生的。这说明 ,催化剂的存在使得掺水燃料或乳化油在燃烧的同时产生氢气。氢气的加入提高了混和气的火焰传播速度 ,改善了燃烧过程。这项技术在实践中有着重要意义。还对实验条件进行了数值模拟和计算 ,计算结果与实验结果符合较好。

变直径管参数对瓦斯爆炸火焰传播速度的影响

为了研究变直径管直径、长度及位置的变化对瓦斯爆炸火焰传播速度的影响,分别在等直径水平管道和加入不同规格变直径管后的水平管道中进行瓦斯爆炸试验。试验结果表明:在等直径水平管道中,火焰传播速度随着火焰传播距离的增大而减小,加入变直径管后,火焰传播速度在开始阶段稍有增加,而后大幅减小。火焰传播速度随着变直径管直径的增加而增加,随着变直径管长度的增加而减小。水平管道中的变直径管距离点火源越近,火焰传播速度大幅减小位置距离点火源越近。变直径管会导致火焰传播速度趋势的改变,尽量避免这种情况的出现可减低瓦斯爆炸危险程度。

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.

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.

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。

二甲醚火焰传播速度的实验测定

二甲醚被誉为21世纪的绿色燃料,是目前理想的内燃机与民用替代燃料.为了获得二甲醚应用的重要基础参数——火焰传播速度,在定容球弹法、本生火焰法和平面火焰法作出比较分析后,采用本生火焰法实验测定了二甲醚火焰的传播速度.得出了二甲醚火焰传播速度与一次空气系数的关系曲线,并且在一次空气系数约为0.85处,二甲醚火焰传播速度的峰值为0.48m/s.

正癸烷/甲苯/甲基环己烷火焰传播速度实验研究

由于实验系统中燃料与氧化剂预混气制备和工况维持稳定存在较大的难度,目前国内外针对大分子液态碳氢燃料火焰传播速度的实验测量结果的报道依旧不多。为此建立了一个针对液体燃料的对冲火焰实验台,并在该实验台上测量了正癸烷、甲苯、甲基环己烷等三种煤油代表性替代燃料与空气预混气的火焰传播速度。测量结果表明,在一个大气压下,初始温度为388K的甲苯/空气预混火焰、初始温度378K的正癸烷/空气和甲基环己烷/空气预混火焰的最大火焰传播速度分别为52.4cm/s,64.2cm/s,58.3cm/s。

高温预混气体火焰传播速度研究

为明确高温预混气火焰传播规律,计算了不同初始温度、压力及当量比下氢气/空气、甲烷/空气、乙烯/空气的层流火焰传播速度,分析了层流火焰传播速度随混合气初始状态的变化规律;并结合经验公式给出不同层流燃烧速度下湍流火焰传播速度随脉动速度的分布规律。结果表明:对于轻质碳氢燃料,高温高压条件下,层流火焰传播速度随混合气初始温度增加而增加,随初始压力增大而减小;高温高脉动速度条件下,湍流火焰速度达百米/秒量级。

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。

点火能量对瓦斯爆炸火焰传播速度的影响

在封闭的DN700 mm管道的瓦斯-空气混合气体中,进行了不同点火能量条件下的瓦斯爆炸传播试验,试验结果表明:瓦斯爆炸火焰传播速度从起爆位置开始随着传播距离的加长而逐渐增大,在靠近出口附近处达到最大值;点火能量越大,火焰传播速度也越大;在点火能量一定时,瓦斯爆炸火焰传播速度与管道长径比呈对数函数关系;在管道长径比一定时,瓦斯爆炸火焰传播速度与点火能量呈二次函数关系。