低热值气体燃料掺氢火焰稳定性的研究

基于直接数值模拟方法和详细化学反应机理研究了流体动力学不稳定性和热-质扩散不稳定性共同作用下的低热值气体燃料掺氢胞状火焰的发展和演变过程.建立了多组分气体燃料燃烧控制方程,获得了不稳定性作用下的低热值气体燃料掺氢胞状火焰的多种演变形式:胞的分裂、局部熄灭、二次熄灭和再燃.研究结果表明随着燃料中H2的增加,胞状火焰出现的时间提前,火焰胞的幅值增加.随着燃料中CO2的增加,火焰的不稳定性受到抑制.低热值气体燃料掺氢火焰在不稳定时会出现火焰胞的分裂、局部熄灭和再燃等3种动力学形态.胞的二次熄灭只发生在热-质扩散不稳定性较强的稀燃H2/空气火焰中.

初始温度和初始压力对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹试验系统,研究了不同初始温度、初始压力、甲醇裂解气添加比例和当量比对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧速度和火焰的胞状不稳定性的影响,并在相同工况下进行了甲烷-一氧化碳混合燃料的试验,用以探究一氧化碳在甲醇裂解气中的作用。研究结果表明,甲烷-甲醇裂解气混合燃料的层流燃烧速度随着温度和甲醇裂解气添加比例的升高而增大,随压力的升高而降低;提高初始压力对热扩散不稳定性几乎没有影响,主要是由于火焰厚度减少使流体动力学不稳定性增强,从而导致火焰的胞状不稳定性增强。

超细水雾对氢气-甲烷预混气体爆燃抑制机理的实验研究

为研究细水雾对发生在船舶机舱和上甲板等受限空间甲烷掺氢爆燃事故的抑爆机理及作用效果,搭建预混气体燃爆实验平台,通过改变预混气体组分、超细水雾粒径、水雾喷洒位置和有无障碍物等条件,对抑爆机理进行分析。结果表明:水雾抑爆效果受预混气体燃烧不稳定性、障碍物及水雾喷洒位置的影响。在火焰发展初期,8μm水雾表现出最佳的抑制效果,火焰速度峰值降低37%,超压峰值降低36%;45μm水雾表现出促爆效果,火焰速度峰值提升28%,超压峰值提升14%。在障碍物条件下,改变水雾的喷洒位置,45μm水雾在障碍物附近喷洒表现出最佳抑制效果,火焰速度峰值降低20%,爆炸超压峰值降低35%。根据该研究,在船舶消防系统布置中,应充分考虑预混气体燃烧的不稳定性、障碍物情况和水雾喷洒位置,在火焰发展初期应使用对火焰面结构影响最小的8μm水雾,在障碍物附近应使用45μm水雾,从而最大限度降低事故后果。