不同初始压力下氢气燃烧的胞状不稳定性及自加速性

采用高速纹影摄像系统和定容燃烧弹对不同初始压力下（0.1～0.5,MPa）氢气燃烧的不稳定性和自加速性进行了实验研究，分析了火焰胞状不稳定性的发展过程和变化规律，分别对比了火焰轮廓及火焰传播速度的自加速表现．研究结果表明，在火焰没有达到一开始就完全胞状化之前，随初始压力的增大，氢气燃烧的不稳定性增强；胞状不稳定的火焰会出现自加速，而稳定火焰不会出现自加速；火焰的加速特性在均布的胞状结构形成后便会出现，其始点与胞状不稳定的火焰临界半径一致，始点过后，火焰的传播速度（或燃烧速度）随着燃烧半径的增加（或燃烧时间的增加）而不断地自加速．

预混火焰胞状不稳定性研究

采用高速纹影系统和定容燃烧弹对预混球形膨胀火焰的胞状不稳定性进行研究,分析火焰胞状不稳定性的表现、原因以及影响因素。研究结果表明:火焰胞状不稳定性主要指不等扩散不稳定和流体力学不稳定;流体力学不稳定的原因为,曲率的关系会使其流线发散或汇聚,因而相应地降低或增加了流场的速度,其主要影响因素为火焰厚度和密度比,表现为火焰前锋面产生裂纹随后出现规则的胞;不等扩散不稳定的原因为前锋面包络的控制体由于热质不等扩散的缘故,主要影响因素为刘易斯数,表现为火焰表面布满不规则的胞。

低温化学影响下的火焰不稳定性研究

考虑详细化学反应及输运过程,对不可压N-S方程直接数值求解,研究了低温化学影响下的火焰水力学及胞状不稳定性。结果表明,预热后已发生低温化学反应的混合气,其火焰的扰动增长率明显大于未发生低温反应的混合气火焰。通过对预热后混合气火焰的关键参数分析,发现和未预热混气火焰相比其无量纲释热量、Lewis数及Zeldovich数都显著减小。依据已有理论可知,在Lewis数大于1的条件下,上述参数的减小将使得胞状不稳定性对扰动增长的抑制作用减弱。因此,预热后火焰的增长率明显增大。同时,在低温反应中,大量自由基和其它小分子的形成,使得预热后混合气火焰Lewis数减小,从而其火焰胞状结构的深度和高度都变小。

定容燃烧弹内含煤尘甲烷爆燃火焰传播特性试验研究

为探究煤尘对甲烷爆燃火焰的直观影响,在定容燃烧弹(Constant Volume Chamber,CVC)内利用激光纹影技术获取了甲烷球形火焰纹影图像及含煤尘甲烷火焰纹影图像,分析了不同体积分数甲烷火焰(6.5%、8.0%、9.5%)的不稳定性,对比了不同质量浓度煤尘(5 g/m^(3)、10 g/m^(3)、15 g/m^(3)、20 g/m^(3)、25 g/m^(3))对甲烷火焰的影响,分析了含煤尘甲烷火焰传播机理。结果表明,定容燃烧弹内球形火焰发展经历了层流火焰、胞状不稳定火焰。煤尘对甲烷火焰的影响呈明显的阶段特性:在层流燃烧阶段,煤尘因吸热抑制火焰传播,且煤尘质量浓度越高,抑制作用越强;散布的煤尘可对火焰锋面产生扰动,使火焰加快发展为胞状不稳定火焰,且甲烷体积分数越接近化学当量比,煤尘质量浓度越高,火焰可更快发展为胞状不稳定火焰;随着化学反应速率提高,火焰温度上升,煤焦开始参与反应并增强流场自发光及反应持续时间。

甲醇裂解气对甲烷-空气预混层流燃烧特性的影响

采用定容燃烧弹-纹影系统,将H_2与CO按体积比为2∶1的混合气来模拟真实甲醇裂解气,进行了初始温度为343,K、初始压力为0.3,MPa下的甲烷-甲醇裂解气-空气预混燃烧试验,研究了不同当量比(0.6~1.8)和不同添加比例(20%,~80%,)的甲醇裂解气(其中V(H_2)∶V(CO)=2∶1)对甲烷-空气层流火焰燃烧速度、马克斯坦长度、火焰胞状结构及其影响参数等层流燃烧特性的影响,并在相同条件下单独添加CO,探究CO在甲醇裂解气中的作用.结果表明:甲醇裂解气能提高混合气层流火焰燃烧速度,在整个当量比范围尤其是稀燃时加强火焰不稳定性,促进胞状结构的产生.CO也能提高燃烧速度,但提升幅度比甲醇裂解气小,而且只有在大比例添加且当量比为1.2附近时才对火焰胞状不稳定性产生明显促进作用,即甲醇裂解气中对甲烷层流燃烧速度和火焰稳定性起主要影响的成分为H_2.

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。

稀释气对天然气掺甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响

运用了定容燃烧弹-纹影系统球形发展火焰的研究方法,用体积比H2:CO=2:1的混合气来模拟甲醇裂解气,用N_2和CO_2作为稀释气,在初始温度为343 K、初始压力为0.3 MPa的条件下进行了稀释气-天然气-甲醇裂解气-空气预混燃烧试验,研究了不同当量比(0.8～1.4)下不同稀释气种类(N2和C02)及不同稀释气添加比例(0.05、0.1、0.15)对天然气-甲醇裂解气-空气(其中甲醇裂解气体积占比0.4、天然气体积占比0.6)层流燃烧速度、马克斯坦长度及胞状结构等燃烧特性的影响.并且在不添加稀释气的条件下,进行了同样初始温度和压力下的天然气(1/0.6/0.2)-甲醇裂解气(0/0.4/0.8)-空气预混层流燃烧的对比试验.结果表明:掺甲酵裂解气会增加混合气层流燃烧速率,促进胞状结构的产生;添加稀释气会降低层流燃烧速率;CO_2对流体动力学不稳定性的抑制作用以及对热扩散不稳定性的促进作用强于N2.在此条件下,热扩散不稳定性是影响火焰不稳定性的主要因素.