负电场下点电极和网状电极对预混稀燃火焰的影响

针对相同能耗下电极形状对火焰的影响,研究了常温、常压下定容燃烧弹中过量空气系数为1.6时甲烷空气预混稀燃火焰的传播和燃烧特性与加载电压的关系,对比了点电极和网状电极对火焰的影响。结果表明:2种电极下加载电压都使得火焰发生了形变,对火焰横向传播均有明显的促进作用;与未加载电压相比,当加载电压为-5、-10、-12kV时,点电极下火焰纵向传播速度分别提高9.32%、17.20%、4.67%,网状电极下分别提高0.62%、-20.90%、-22.80%,点电极下压力峰值增幅分别为6.4%、9.8%、11.2%,网状电极下增幅分别为5.6%、2.4%、1.3%;加载-5kV电压时2种电极对火焰的影响相差不大,加载-10、-12kV电压时点电极对火焰的促进作用明显优于网状电极。综合考虑可以得出,点电极的性能更加优越。

正/负电场对预混稀燃火焰影响的对比研究

为了比较正/负电场的助燃效果,在室温298K、气压100kPa条件下,通过对定容燃烧弹内的网状电极分别加载正直流电压和负直流电压,研究了正/负电场助燃机理,由此分析了2种电压对甲烷/空气预混火焰形状、火焰传播速度以及燃烧压力等参数的影响。结果显示:正/负直流电场对过量空气系数分别为1.2、1.6的预混稀燃火焰均有促进作用,平均火焰传播速度在施加电压的电极方向得到增强;在施加电场后,相同过量空气系数下的火焰燃烧峰值压力增大,且随着电压幅值绝对值的增大,峰值压力到达时间相应缩短;在相同的电压幅值下,正电场的促进效果优于负电场。该结果对电场辅助燃烧的进一步研究具有指导意义。

CH_(4)/NH_(3)/空气预混稀燃火焰结构及吹熄特性实验研究

本实验对稳定在钝体旋流燃烧器上的NH_(3)/空气及NH_(3)/CH_(4)/空气预混稀燃紧凑火焰开展了宏观结构及吹熄特性的研究.CH_(4)/空气预混火焰也被用于对比.利用PIV和OH-PLIF同步测量技术捕获流场和瞬时OH分布,获得火焰-流场耦合信息.结果表明,NH_(3)/空气火焰面的流体过量拉伸是导致其局部熄火,促使火焰整体吹熄的主要原因.NH_(3)/CH_(4)/空气火焰根部在临吹熄时也出现过量拉伸和局部熄灭,这将导致火焰最终吹熄.过量拉伸的主要来源为流体剪切变形.NH_(3)/空气火焰的内剪切层涡会进一步促进火焰吹熄.掺混CH_(4)能极大地提高极限拉伸率,增强稀燃火焰稳定性,拓宽火焰的稀燃极限.同时掺混CH_(4)也使火焰的燃烧速度及温度提高,有利于稳定火焰.

CH4/空气预混稀燃临吹熄火焰结构研究

预混稀燃是最具有前景代替传统扩散燃烧的清洁燃烧方式之一.然而,高速流动的预混稀燃中常出现低当量比下火焰吹熄的情况.吹熄给燃烧过程带来了极大的不稳定性.旋流和钝体是实际燃烧中常用的稳焰方式.吹熄的机理研究大多基于钝体或旋流火焰进行,但同时加入两者稳焰时的吹熄研究尚且不足.本研究基于OH-PLIF技术,在旋流加钝体稳焰下,针对CH4/空气预混稀燃临熄火条件下的火焰面结构进行了测量和表征.研究表明,临熄火过程中火焰根部抬升逐渐增加,火焰面密度减小,火焰趋向于向回流区聚集.结果表明,火焰根部局部熄火对吹熄过程可能有重要影响,同时验证了未燃气回流促进吹熄的结论.

化学反应时滞对燃烧不稳定性的影响

对某实验贫油预混燃烧室内的不稳定燃烧的触发和特性进行了数值研究.应用非定常N-S方程,Realizable k-ε湍流模型和EDC燃烧模型,对燃烧室在燃用甲烷和氢气两种情形下的燃烧及压力振荡特性进行数值分析,在这两个情形中观察到了稳定和不稳定燃烧两种情况.研究表明:同一实验形体在相同计算条件下燃用不同燃料会获得不同的火焰振荡特性,这取决于燃料喷注位置到火焰前沿的化学反应时滞.

不同频率高频交流电对球形传播火焰的影响

为研究不同频率高频交流电场对预混稀燃火焰的影响,对常温、常压下定容燃烧弹中过量空气系数为1.6时的甲烷/空气火焰的传播和燃烧特性进行了研究.结果表明:高频交流电场作用下,火焰均在水平方向被拉伸,当加载交流电压有效值一定时,交流电频率越高,火焰在水平方向的拉伸越剧烈.与未加载电压相比,当交流电压有效值u=5kV,交流电频率f为5、7.5、10、12.5和15kHz时,平均火焰传播速度分别提高43.10%、53.45%、63.79%、74.14%和84.48%,相对燃烧压力增大率的最大值分别为0.15、0.21、0.27、0.36和0.50.由此得出,高频交流电场对火焰燃烧有一定的促进作用,且交流电频率越高,促进作用越明显.

氢气对薄反应区湍流火焰详细火焰结构影响研究

氢是一种非常有前景的清洁可再生能源载体.掺氢燃料预混稀燃是当前开发清洁高效的低排放燃气轮机最重要的能源转化方式之一。本文基于预混CH_(4)/H_(2)/air本生灯火焰,对氢气掺混影响下的湍流火焰详细火焰结构进行了测量和表征。实验采用CH_(2)O和OH基平面激光诱导荧光(PLIF,Planar Laser Induced Fluorescence)同步测量技术,获得了火焰预热区、反应区以及已燃区的详细火焰结构信息。本文对反应区和预热区火焰厚度进行了提取和统计。研究表明,氢气对火焰反应区、预热区均有明显作用。结果表明,掺氢小幅度增厚反应区厚度,但能够比较明显地降低预热区厚度。

高比例氢气对受限空间旋流钝体火焰结构的影响

氢是非常有潜力的清洁能源载体,富氢燃料燃烧是降低碳排放的可行方式。燃料掺氢会使火焰结构发生明显改变,进而会影响燃烧过程的排放特性与稳定性。然而,氢气掺混对旋流钝体火焰结构影响机理还不甚明确,高掺氢比下火焰结构特征的研究尚且不足。本文基于预混CH_(4)/H_(2)旋流钝体火焰,对宽广掺氢比范围内(0%~80%)的火焰多场信息进行了表征。实验中采用OH-PLIF和PIV测量技术获取不同掺氢比下火焰的结构信息与流场信息。结果表明,掺氢后旋流钝体火焰结构逐渐从V型转变为M型,当掺氢比达到80%时,外剪切层火焰根部可以驻定在钝体平面上,而外回流区向外剪切层根部能量与自由基的输运是火焰在外剪切层稳定燃烧的重要原因。

ODPP/OESC旋流火焰的试验与模拟研究

利用三维旋流燃烧系统,对稀氧部分预混/富氧补燃(ODPP/OESC)火焰结构和污染物生成特性进行了试验研究,降低稀氧体积分数、提高富氧体积分数,动力火焰呈现轴向拉伸趋势,而扩散火焰长度则逐渐缩短;同时,动力燃烧区和扩散燃烧区温度逐渐降低,NO_x排放量显著下降,CO排放量则有所提高。相同工况下数值模拟结果显示,ODPP/OESC改变了动力燃烧区的NO_x生成机理,是NO_x排放量降低的根本原因。ODPP/OESC基于燃料/氧化剂空间体积分数分布的物理过程控制,有效均衡了动力燃烧区与扩散燃烧区的反应速率,可实现CO与NO_x排放的平衡控制。

准二维狭缝ODPP/OESC的研究分析

针对准二维狭缝燃烧系统,进行了扩散燃烧、预混燃烧、空气部分预混燃烧以及稀氧部分预混/富氧补燃(ODPP/OESC)等燃烧技术的排放特性对比;并进行了稀氧部分预混/富氧补燃技术中不同预混氧浓度、不同补燃氧浓度、不同预混当量比以及不同补燃位置火焰的燃烧特性以及污染物的生成特性的对比分析。研究结果表明,ODPP/OESC的燃烧工艺,能够有效地实现燃烧过程中高效率和低排放的双优化,随着预混当量比的增大以及后期补燃位置的增大,快速型NO_x生成比重明显增大。