Tulip火焰形成过程中的细微结构特性

为揭示预混火焰传播的动力学过程以及Tulip火焰的形成规律,采用高速纹影摄像系统并结合离子电流探测等技术手段,对管道内丙烷-空气预混火焰传播过程中的细微结构进行了实验研究.结果表明,在Tulip火焰形成过程中,伴随着层流火焰向湍流转变以及火焰结构的变化;层流火焰中的小尺寸涡流增大火焰厚度,而随后大尺寸涡流使火焰发生褶皱与分层;Tulip火焰结构的形成是流动与火焰共同作用的结果,它标志着层流向湍流转变的充分发展.

甲烷／空气预混气体火焰的传播特征

利用高速纹影摄像等技术探讨了密闭管道内不同当量比的甲烷/空气预混气体火焰的传播特征。结果表明,当甲烷含量接近当量值时,预混气体火焰传播中会发生火焰阵面由向未燃区弯曲到向已燃区弯曲的转折过程,逐渐由层流燃烧转变成湍流燃烧,并形成Tulip火焰结构;当甲烷含量偏离当量值一定程度时,预混火焰呈现出典型的层流燃烧特征,不会发生火焰阵面由向未燃区弯曲到向已燃区弯曲的转折过程。Tu-lip火焰结构形成于火焰传播速度迅速降低的区间里,且只有当减速阶段的最大加速度的绝对值大于某一数值时才能形成;Tulip火焰结构是预混火焰由层流燃烧向湍流燃烧转变的一个中间过程。

受限空间内局部油气爆燃超压与火焰传播特性

对不同体积分数油气爆燃超压特性进行研究,发现爆燃超压-时间变化规律可归纳为3种形式;对火焰传播过程进行可视化研究,发现传播过程可分为5个阶段,且出现了tulip火焰;对火焰行为进行研究,得出爆燃升压速率振荡是由火焰与压力波相互作用引起的;对油气爆燃的超压峰值、爆燃时间、平均升压速率和爆燃孕育期进行研究,得到实验工况下由于局部积聚油气爆燃后,未燃气体得到氧气补充发生化学反应,导致最大爆燃超压峰值出现在当量比1.2处,而爆燃时间、爆燃孕育期的最小值和平均升压速率的最大值出现在化学当量比附近。

球形罐中丙烷—空气混合气火焰传播特性分析

为了研究不同当量比时丙烷—空气混合气火焰的微观结构、加速传播过程,利用高速纹影等技术对火焰传播过程进行了拍摄,对不同当量比条件下的火焰传播规律进行分析及对比,特别地分析了预混火焰中形成的特殊火焰结构——Tulip的形成过程。研究结果表明,在富燃情况下,火焰传播特性明显受点火能量的影响,浮力也会改变火焰传播过程。当浮力降低且火焰半径增长速率急速下降时,Tulip火焰结构开始形成。

封闭矩形直管内的天然气/空气预混火焰传播

采用高速-纹影摄像和压力测试技术,对不同当量比的天然气/空气预混火焰结构、传播速度特性以及压力特性开展了实验研究.分析了预混火焰传播过程及Tulip火焰形成机理,并与同等条件下甲烷/空气预混燃烧过程进行了对比.结果表明,当量比对预混火焰传播有重要影响,直接表现在火焰结构变化、形状演化和传播速度等方面;Tulip火焰的形成伴随着火焰传播速度的骤降;二元可燃气体中加入活性较强的气体组分,将加快火焰传播速度,危险性更大.

封闭管道油气爆炸超压及火焰传播特性

对油气在封闭管道内的爆炸特性进行研究,发现爆炸超压发展过程可以分为3个阶段:第1次超压上升阶段、第2次超压上升阶段和超压下降阶段。初始油气浓度对爆炸初始阶段的发展有很大影响,油气浓度为1.73%时发展最激烈;当初始油气浓度较高时,在最大超压峰值附近,会产生压力振荡现象;初始油气浓度对Tulip火焰的形成及发展有较大影响,各种浓度油气的爆炸,都有形成Tulip火焰的趋势;当油气浓度适中时,Tulip火焰会一直传播到管道末端,当油气浓度较高或较低时,火焰锋面会经由鲨鱼嘴形状火焰转变为刀尖形火焰,当初始油气浓度为1.73%时,最容易发展形成Tuilp火焰。

变截面管道中气云的燃爆传播研究

工业尾气回收网结构复杂,存在许多变径结构,回收气体大多燃易爆,因此有发生燃爆事故的风险。为探究变径结构对可燃气云燃爆过程的影响,在管长为0.5 m变截面管道内,采用预混燃烧模型和Zimont湍流燃烧模型,对可燃预混气体燃爆特性开展了大涡模拟(LES)研究。结果表明:在0.5 m管长的通径管道内,管道截面越小,管壁对火焰的约束作用越大,壁面反射增强,管道壁面形成的湍流加速壁面附近的火焰传播速度,使得Tulip火焰出现越早,达到最大火焰传播速度的位置距点火端越近;管道截面越小,火焰厚度越大。不同管道结构下Tulip火焰结构不同,在突缩和连续突缩管道中Tulip火焰产生变形,火焰锋面不再光滑;变截面结构对火焰传播有激励作用,管道内截面变化后涡团的产生和演化加速了火焰传播,突缩管道结构对火焰传播有明显的加速作用,因此尾气回收管网设计需尽量减少突缩管道结构或在突缩管道结构位置增加阻火装置。