移动火焰锋面(MFF)模型火焰锋面确定条件的进一步改进

考虑碳粒表面还原反应的移动火焰锋面模型(MFF-Ⅰ)在推导火焰锋面位置时,仅考虑了碳粒表面氧化反应的影响。本文综合考虑碳粒表面的氧化反应、还原反应对火焰锋面位置的影响,给出更严格的推导,即MFF-Ⅱ模型.在通常的燃烧工况下。改进模型MFF-Ⅱ与原始模型MFF-Ⅰ相比,预报结论基本一致.但对于较低氧浓度的工况,比如再燃、气化问题,改进模型MFF-Ⅱ同样可以给出可信的预报结果,而这是MFF-Ⅰ模型所不及的.

均相着火后挥发分燃烧的移动火焰锋面模型

建立了在介观尺度内,考虑挥发分在颗粒边界层内均相着火及燃烧的移动火焰锋面模型(简称MFFVC模型).此模型弥补了挥发分现有计算方法中未考虑颗粒边界层内挥发分着火燃烧的不足.与挥发分现有计算方法相比,MFFVC模型预报与Jost实验数据符合更好.MFFVC模型与扩散控制的挥发分燃烧(DLVC)模型预报一致,但火焰锋面确定条件相比更具有物理意义.MFFVC模型采用高温下可燃气体着火体积分数极限的概念来确定挥发分均相着火,这与利用Semenov准则判断着火的有限容积火焰锋面(FVFM)模型预报一致.

考虑碳粒表面还原反应的移动火焰锋面(MFF)模型

在原始移动火焰锋面(MFF)模型的基础上,提出一种考虑碳粒表面还原反应的改进MFF模型。该模型给出了包括表面还原反应和 CO容积反应在内的碳粒燃烧反应速率的显式表达式,便于分析和讨论各种工况下碳粒的燃烧状态和影响因素。与原始的 MFF模型和单膜模型相比,所计算的颗粒温度和燃烧速率更符合严格的连续膜模型的预报结果,而计算时间只为连续膜模型的数十万分之一。研究结果表明,改进的 MFF模型是一种简单可行、适于工程应用的碳粒燃烧理论模型。

基于图像的火焰锋面法向速度场测量研究

火焰锋面是火焰的重要组成部分,反映了火焰的燃烧特性。针对传统方法测量火焰锋面速度场分辨率较低的问题,提出来了基于图像法测量火焰锋面法向速度场的方法。使用高速相机拍摄了多帧连续图像,提取火焰锋面,通过最小二乘法拟合锋面的切线,从而计算出每个点的法向速度,并进一步分析了火焰振荡的性质。实验表明该方法能够有效测量双瓦楞纸板产生的火焰在不同时刻的速度场,具有高分辨率、全场测量的特点,为其进一步推广提供了实验基础。

微重力环境下V型层流预混火焰锋面不稳定性分析

本章试图寻求描述火焰锋面动态特性的方法，以解释微重力环境下出现的V型火焰锋面的涟漪现象。采用线性稳定性理论从经典的G方程中导出了描述火焰锋面动态结构的一阶偏微分方程。采用该方程计算了声波扰动后，不同时刻的V型火焰锋面的动态结构．对于谐波扰动，其频率与波数的关系是分析固有火焰锋面不稳定性的基础。因此，微重力环境下V型火焰锋面的不稳定性可能是声波与谐波相耦合的结果。

声波对V形预混火焰锋面皱褶的影响

对声波扰动下V形预混火焰的锋面皱褶进行了动态分析,建立了声波扰动V形预混火焰的实验台,通过精细热电偶探测火焰锋面皱褶的变化,测量了不同声波扰动频率下的V形预混火焰的锋面皱褶.实验结果与分析结果一致,表明V形预混火焰锋面皱褶的频率与声波扰动频率相同,火焰锋面皱褶的幅值随着声波扰动频率的增大而减小.

瓦斯爆炸火焰锋面参数测试技术实验研究

为了探究煤矿瓦斯爆炸事故中瓦斯爆炸火焰锋面变化特征,在实验室模拟巷道的小型管道内进行瓦斯爆炸火焰传播实验。在管道内某一截面处,利用微细热电偶、离子探针、压力传感器及光电传感器同时测得了火焰锋面温度、离子电流强度、压力、光信号。对距点火端1130mm截面处的四种火焰锋面参数信号比较分析,结果表明:传播火焰锋面的火焰光信号传播快于温度信号、离子电流信号和压力信号;瓦斯浓度为10.17%的传播火焰在测点处火焰锋面最高温度值为1238.8℃,最高超压值为0.231MPa,最高离子电流强度值为258nA;处理热电偶温度信号计算出的火焰锋面厚度为44.8cm,离子电流信号计算出的火焰锋面厚度为68.5cm,两者属于同一数量级。

甲烷湍流射流火焰锋面结构的激光PLIF测量

利用OH-PLIF技术,研究了甲烷空气预混射流火焰,在不同出口雷诺数下,不同氮气稀释比例下火焰OH自由基的二维分布以及火焰的前锋面结构特性,以此实现对柔和燃烧的基础特性研究。实验结果显示,在获得大量氮气稀释后,预混火焰的OH浓度峰值减少了30%以上,并且整个燃烧反应明显延迟,但火焰面面密度没有发生明显变化。同时发现,改变出口雷诺数对火焰OH浓度影响较小,但是增加出口雷诺数可以扩大燃烧反应区。

移动火焰锋面(MFF)模型的理论对比与实验验证

本文根据碳粒非均相着火,有无颗粒温度跃变现象,来判断CO的均相着火,阐述了MFF模型中颗粒边界层CO着火燃烧假设的理论意义。通过实验与理论对比,证明了小于100μm的碳粒有可能发生CO着火。MFF模型预报与连续膜模型,以及实验点都有好的符合。利用MFF模型推导出三种极限情况的燃烧模式,揭示了MFF模型与连续膜模型的理论关联。从理论与实验对比中,进一步地验证了MFF模型。

发动机燃烧室中火焰对来流扰动的动态响应研究综述

以航空航天发动机和工业燃气轮机燃烧室中的热声振荡为背景,介绍了热声不稳定性的基本概念和物理特性。首先,讨论了燃烧室中火焰对来流扰动的动态响应,分析了受扰动影响时火焰热释放率的脉动过程,回顾了火焰传递函数和火焰描述函数的实验、仿真和理论研究方法及结果。之后,讨论并分析了横纵向扰动、纵向双频率扰动以及考虑火焰曲率效应下的火焰响应特性。最后,介绍了近年来学界发现的一种与火焰响应密切相关的热声不稳定现象——固有热声不稳定,探究了火焰响应对固有热声不稳定模态的影响作用,分析了火焰响应在燃烧室热声振荡系统中的作用。

CH_4/H_2/air预混湍流火焰前锋面结构探测

为了研究掺氢对天然气预混湍流火焰与流场的耦合作用,利用平面激光诱导荧光探测了CH4/H2/air预混湍流火焰前锋面结构。采用不同孔径和开孔比的湍流产生板在本生灯出口产生不同的湍流流场,定量测量了湍流流场的特征尺度,并计算了实验条件下的层流火焰特征参数,分析了掺氢和湍流强度、湍流尺度对CH4/air混合气预混湍流火焰中流场与火焰相互作用的影响。结果表明,掺氢明显地增强了火焰前锋面褶皱,火焰褶皱程度随湍流强度的增大而增强。火焰高度随掺氢比的增加而略有降低,随湍流强度增大而增加。掺氢引起火焰自身不稳定性增强,导致火焰前锋面受湍流扰动影响增强,引起预混湍流火焰前锋面褶皱增强。

自适应阈值二值法提取湍流火焰前锋面结构

采用局部自适应阈值的二值方法,提取预混湍流火焰前锋面结构,介绍了其算法原理,自适应阈值法结合图像全局信息,根据局部像素信息选取当地阈值二值化图像,并利用种子生长法除噪,得到清晰的火焰边界.在不同压力条件下,对比甲烷/空气预混湍流火焰OH-PLIF图片利用本算法和传统二值方法以及Matlab自带边缘提取算法的处理结果.结果表明,当图像对比度不均匀或边界模糊时,传统二值法和Matlab自带边缘算法出现严重噪声,导致火焰前锋面无法分辨,而本方法仍能得到清晰连续的火焰前锋面.

热声耦合燃烧振荡中火焰锋面识别分析

针对火焰图像中火焰锋面位置难以确定的问题,通过自行开发MATLAB程序和恒定强度阈值算法对图像中的火焰锋面边界进行识别和优化,对图像的二值图进行形态学处理,获得时域内火焰锋面的归一化面积曲线;利用Labview程序实现高速照相机、光电倍增管和麦克风的同步触发,结合频谱信息得到相同周期内的归一化面积脉动和热释放率脉动。分析后显示,两者变化趋势基本相同,皮尔逊相关系数为0.915,为极强相关关系,验证了此方法的可行性。

火焰前锋面的影响因素及展望

火焰燃烧的好坏直接影响排放的高低,火焰前锋面的影响因素十分复杂,且各因素之间相互关联、互相影响。因此,研究火焰前锋面的影响因素显得十分重要。文章所涉及的影响因素包括:EGR率、湍流强度和火核半径、混合气的当量比、混合燃料、路易斯数和火焰前锋面处密度梯度和火焰前锋面厚度,并对日后发展做出展望。

用OH-PLIF研究浮力对预混V形火焰的作用

在火焰和流动相互作用中，浮力是火焰影响流场的因素致一。研究浮力的作用有助于深入了解湍流燃烧的机理。本文利用甲烷－空气预混Ｖ形火焰研究浮力的作用。分析表明浮力不仅影响火焰的平均位置，还可能影响火焰的皱折。在１ｇｏ和μｇ下用ＯＨ－ＰＬＩＦ观测火焰，发现层流和湍流火焰呈现相反的浮力效应，这表明浮力确实影响火焰的皱折。另外，层流火焰锋面在μｇ下明显折皱，这意味着微重力也适于研究火焰中其他诱发流动的机制。

单燃烧器火焰数字图像处理与诊断方法研究

根据煤粉燃烧理论及数字图像处理技术 ,提出用“投影火焰锋面存在”、“投影火焰锋面位置的窜动”以及“投影火焰锋面平均梯度值的变化”三个条件来诊断燃烧器火焰的ON/OFF状态 。

气流入口条件对低旋流燃烧火焰稳定性的影响

为了研究低旋流燃烧器在喷嘴出口气流平均速度为10.12~19.12m/s、入口温度为300~500K、入口压力为101.325~8×101.325kPa条件下的火焰稳定性,对当量比为0.7的甲烷空气预混气体进行了数值模拟,分析了低旋流燃烧器的流场结构及火焰特性,揭示了燃烧稳定的根本原因。结果表明：低旋流燃烧器流场结构受气流入口条件的影响较小,且能够保持自相似特性;轴向和径向速度延伸率以及虚拟原点的位置基本不受气流入口条件的影响;低旋流燃烧器流场随喷嘴出口气流平均速度、入口压力的增加,回火的可能性减小,随入口温度的提高,回火的可能性增大。综合而言,低旋流燃烧器能够在较宽气流入口条件下保持火焰锋面稳定,有利于燃烧器的稳定工作。

双旋流燃油燃烧器火焰特征研究

利用OH平面激光诱导荧光技术,测量了双旋流燃油燃烧器扩散火焰特征,考察了不同当量比下火焰内部的OH摩尔浓度分布.应用FLUENT软件进行了数值分析,并将模拟结果与实验结果进行了比较,分析了不同当量比下,双旋流燃烧器柴油扩散火焰的结构特点与流场间的关系.结果表明,在双旋流燃烧器中,火焰出现在内外旋流器两股射流间的低速区域内;在燃料量不变、进气量加大的情况下,当量比低于0.38时,由于径向速度沿径向持续增大,导致火焰锋面被剪成前后两段;随着当量比的增大,火焰张角没有明显变化,但是燃烧区域显著增大.

基于分形几何的超声速燃烧火焰形态表征方法研究

分形几何是图像学发展的新兴学科。通过分形几何,可以研究不规则图形,揭示图形的自相似特性,并且给出图形自相似性的定量数据。本文将分形几何用于分析超声速气流中的火焰形态,定量分析了不同当量比与燃料组分摩尔比条件下火焰分形维数的变化规律,研究了湍流火焰传播速度和火焰边界分形维数之间的对应关系。通过高速摄影获得的火焰CH*自发光瞬态图像,记录了马赫数2.5超声速气流中不同燃料的火焰形态,验证了超声速火焰边界具有自相似性。实验结果表明,超声速燃烧湍流火焰锋面边界的分形维数随当量比的增大近似线性增大,随着燃料中氢含量的增加而增大。

离心力场对内燃波转子火焰传播特性的影响

为了揭示离心力对内燃波转子火焰传播特性的影响,建立了内燃波转子燃烧过程的简化模型,数值模拟了不同离心力场强度下波转子通道内的燃烧过程。研究结果表明,离心力只在一定范围内对火焰传播起到加速作用,且这种影响与预混气当量油气比Φ有关,当Φ=1.0时,作用范围为[0~250g],在Φ=0.6,0.8时,作用范围为[0~700g];离心力场对内燃波转子火焰传播特性的影响机制是导致火焰锋面变形,进而引起火焰传播速度变化。