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氢气/空气混合气层流燃烧速度的实验测量与模拟计算

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燃烧科学与技术 2011年第5期17卷 407-413页

作者：暴秀超刘福水北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081 西华大学交通与汽车工程学院成都610039

采用高速纹影系统和定容燃烧弹对氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的燃烧速度特性进行研究.分别在改变燃空当量比(0.3～6.0)、初始温度(300～450,K)、初始压力(0.1～0.3,MPa)的条件下,对比分析Markstein长度、火焰传播速度、火焰燃烧速度... 详细信息

采用高速纹影系统和定容燃烧弹对氢气预混层流燃烧球形膨胀火焰的燃烧速度特性进行研究.分别在改变燃空当量比(0.3～6.0)、初始温度(300～450,K)、初始压力(0.1～0.3,MPa)的条件下,对比分析Markstein长度、火焰传播速度、火焰燃烧速度的变化规律,得出了燃烧速度随燃空当量比、温度、压力变化的拟合公式,并应用CHEMKIN-PRO进行了相应的不同化学反应机理的模拟计算与敏感性分析.研究结果表明,氢气的火焰燃烧速度与传播速度随燃空当量比、温度、压力的变化规律相似,随着燃空当量比的增加其值先增加后减少;随着温度的增加其值增加,且增加的相对幅度较大;中等浓度时,随着压力的增加其值增加,而低浓度和高浓度时随压力的增加而减小.拟合得到的燃烧速度与当量比呈4次多项式关系,温度指数因子与当量比呈3次多项式关系,压力指数因子与当量比呈分段线性关系.

关键词：氢气定容燃烧弹层流燃烧 Markstein长度

离子电流法测量CH_4/H_2混合气燃烧火焰传播速度的实验研究

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西安交通大学学报 2015年第1期49卷 40-45页

作者：刘兵李春艳孙天旗段浩高忠权吴筱敏西安交通大学内燃机研究所西安710049

在定容燃烧弹上布置一对测量电极,运用离子电流法、根据燃烧火焰在接触测量电极时刻的离子电流信号值,对不同工况下CH4/空气及其掺氢混合气的平均火焰传播速度进行了计算,并与传统光学纹影法测得的火焰速度进行了对比。结果表明：对于C... 详细信息

在定容燃烧弹上布置一对测量电极,运用离子电流法、根据燃烧火焰在接触测量电极时刻的离子电流信号值,对不同工况下CH4/空气及其掺氢混合气的平均火焰传播速度进行了计算,并与传统光学纹影法测得的火焰速度进行了对比。结果表明：对于CH4/空气混合气预混燃烧火焰,在过量空气系数分别为0.75、0.8、0.85、0.9、1、1.1时,利用离子电流法测得的火焰传播速度分别为1.714、1.935、2.195、2.250、2.045、1.538 m/s,相对纹影法误差分别为1.32%、2.09%、4.65%、3.48%、3.64%、7.06%;对于过量空气系数为0.8的CH4/H2燃料,在掺氢比为0%-80%（10%递增）的情况下,离子电流法测得的火焰传播速度相对于纹影法的误差均在5%之内。该结果为离子电流法的层流火焰传播速度测量提供了理论、实验依据,测量方法简单易行、快捷准确、可行性高。

关键词：火焰传播速度离子电流定容燃烧弹天然气掺氢

正庚烷喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量

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内燃机学报 2014年第1期32卷 14-19页

作者：郑亮肖国炜王建昕帅石金清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

激光诱导炽光法(LII)是研究火焰中碳烟体积分数和粒径的重要光学测试方法,但要实现碳烟体积分数的定量测量尚有很大难度.建立了用激光消光法(LEM)进行定量标定的LII测试系统,在定容燃烧弹中实现了喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量... 详细信息

激光诱导炽光法(LII)是研究火焰中碳烟体积分数和粒径的重要光学测试方法,但要实现碳烟体积分数的定量测量尚有很大难度.建立了用激光消光法(LEM)进行定量标定的LII测试系统,在定容燃烧弹中实现了喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量.结果表明,将LII和LEM的测试结果相关联,可以用来判定每一次LII测试是否受到了信号俘获现象的影响,通过合理去除无效点,可以有效地降低信号俘获现象对标定结果的影响.应用该测试系统研究了正庚烷喷雾扩散火焰的碳烟生成特性,当初始环境温度从800,K升高至823,K时,正庚烷喷雾扩散火焰中的峰值碳烟体积分数升高,并且碳烟初始生成位置更靠近喷嘴.

关键词：正庚烷激光诱导炽光法激光消光法碳烟体积分数定容燃烧弹喷雾扩散火焰

负直流电场对不同初始压力预混甲烷/空气火焰的影响

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化工学报 2018年第4期69卷 1602-1610页

作者：侯俊才李超贾伟东魏旭星李一鸣孟浩张庆昂吴筱敏西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

在定容燃烧弹中研究了常温(298 K),初始压力P_(initial)为0.1~0.5 MPa,加载U=-5、-10 kV直流电场对甲烷/空气预混火焰燃烧特性的影响。结果表明:不同初始压力下,加载电压,火焰主要在水平方向发生拉伸变形,加载电压幅值越高,火焰变形越明... 详细信息

在定容燃烧弹中研究了常温(298 K),初始压力P_(initial)为0.1~0.5 MPa,加载U=-5、-10 kV直流电场对甲烷/空气预混火焰燃烧特性的影响。结果表明:不同初始压力下,加载电压,火焰主要在水平方向发生拉伸变形,加载电压幅值越高,火焰变形越明显,初始压力越高,火焰不稳定性增加,火焰面褶皱增加。加载电压后,火焰传播速率明显提高,电压幅值增大,其提高程度逐渐明显,初始压力增大,其提高程度更加明显,电场对火焰的促进效果更加明显,λ=1.4,U=-10 kV,P_(initial)=0.1~0.5 MPa时,平均火焰传播速率分别提高35.67%~52.71%。相对于未加载电压,加载电压后,各初始压力下质量燃烧率均增大,随电压幅值升高而升高,且初始压力越大,质量燃烧率变化越明显;火焰的初始燃烧期和主燃烧期均缩短,初始压力越高,缩短程度也越明显,二者相比,初始燃烧期缩短的程度更为明显。

关键词：初始压力甲烷空气直流电场定容燃烧弹火焰传播速率燃烧压力

不同当量比下单双点火对天然气燃烧特性的影响

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吉林大学学报（工学版） 2019年第6期49卷 1929-1935页

作者：宋昌庆陈文淼李君曲大为崔昊吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022 潍柴动力股份有限公司新科技研究院山东潍坊261000

针对大缸径天然气发动机存在的燃烧速度慢、排温高、热负荷大、易爆震等问题,设计了一套适用于双火花塞点火的可视化定容燃烧系统。结合快速燃烧技术和自然火焰发光法,通过改变燃空当量比,在定容燃烧弹上进行了一系列天然气燃烧的可视... 详细信息

针对大缸径天然气发动机存在的燃烧速度慢、排温高、热负荷大、易爆震等问题,设计了一套适用于双火花塞点火的可视化定容燃烧系统。结合快速燃烧技术和自然火焰发光法,通过改变燃空当量比,在定容燃烧弹上进行了一系列天然气燃烧的可视化试验,并借助高速摄像机采集缸内动态燃烧过程图像,利用MATLAB数字图像处理技术,对比分析了单双火花塞点火对火焰传播过程、缸内燃烧压力、燃烧持续期等的影响。研究结果表明:在不同燃空当量比下,与单点火相比,双点火均能够缩短火焰传播距离,加快缸内燃烧速度,缩短火焰发展期和主燃烧期,从而提高燃烧的热效率。尤其对天然气稀薄燃烧时效果非常明显,可以有效抑制失火、爆震现象发生,拓宽稀薄燃烧极限,利于燃烧稳定和降低排放。

关键词：动力机械工程双火花塞天然气定容燃烧弹燃烧特性

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高压甲烷射流冲击预混火焰过程中涡量的变化

内燃机学报 2023年第5期41卷 442-449页

作者：雷艳王莹仇滔梁晓杰北京工业大学环境与生命学部北京100124

基于CONVERGE软件开展三维仿真计算,分析了定容燃烧弹内高压甲烷射流撞击当量比为1的预混气体燃烧过程中的涡量变化特征.根据射流前锋面与火焰的位置关系,将火焰发展全过程分为射流前峰面未接触火焰阶段、进入火焰阶段和离开火焰阶段3... 详细信息

基于CONVERGE软件开展三维仿真计算,分析了定容燃烧弹内高压甲烷射流撞击当量比为1的预混气体燃烧过程中的涡量变化特征.根据射流前锋面与火焰的位置关系,将火焰发展全过程分为射流前峰面未接触火焰阶段、进入火焰阶段和离开火焰阶段3个阶段.相比于自由射流贯穿速度,在射流进入火焰阶段射流燃烧平均贯穿速度显著增加,并大于自由射流的贯穿速度和预混燃烧速度之和.产生此结果的原因是此阶段动量参数涡量的大幅增加;在轴向距离为40 mm处、火焰发展时间为1.6 ms时,射流燃烧模式平均涡量值与自由射流模式差值最大,约为260 s^(-1),是此时此截面预混燃烧模式平均涡量值6 s^(-1)的43倍.

关键词：甲烷定容燃烧弹射流燃烧涡量

初始压力与掺比对2-甲基呋喃汽油预混火焰发展的影响

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2017年第2期50卷 135-141页

作者：卫海桥陶康高东志潘明章裴自刚天津大学内燃机燃烧学国家重点试验室天津300072

以定容燃烧弹为试验平台,探究了初始压力和掺比对2-甲基呋喃汽油混合燃料火焰传播的影响.结合高速纹影成像,得到了各工况下的层流火焰传播照片,分析火焰发展形态,得到拉伸火焰传播速度及不稳定临界火焰半径等参数,再根据马克斯坦长度理... 详细信息

以定容燃烧弹为试验平台,探究了初始压力和掺比对2-甲基呋喃汽油混合燃料火焰传播的影响.结合高速纹影成像,得到了各工况下的层流火焰传播照片,分析火焰发展形态,得到拉伸火焰传播速度及不稳定临界火焰半径等参数,再根据马克斯坦长度理论,求解了无拉伸火焰传播速度,并分析了火焰传播速度与火焰拉伸率的关系.研究结果表明,随着初始环境压力的升高,层流火焰传播速度减小,不稳定临界火焰半径减小,火焰不稳定性增大.随着2-甲基呋喃在混合燃料中体积分数的增加,层流火焰传播速度增大,不稳定临界火焰半径减小,火焰不稳定性增大.

关键词：定容燃烧弹代用燃料 2-甲基呋喃火焰传播速度火焰不稳定性

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甲烷含量对模拟煤层气层流燃烧速度的影响

燃烧科学与技术 2011年第4期17卷 337-342页

作者：刘岩苗海燕黄佐华蒋德明西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统研究了常温常压下模拟煤层气中甲烷含量对其层流燃烧速度的影响,得到了在不同当量比下甲烷含量对模拟煤层气层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度的影响规律.结果表明,随着模拟煤层气中甲烷含量的降低,... 详细信息

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统研究了常温常压下模拟煤层气中甲烷含量对其层流燃烧速度的影响,得到了在不同当量比下甲烷含量对模拟煤层气层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度的影响规律.结果表明,随着模拟煤层气中甲烷含量的降低,混合气的拉伸层流火焰传播速度、无拉伸层流火焰传播速度在不同的当量比下均减小;化学当量比附近,不同甲烷含量对应的无拉伸层流火焰传播速度之间的差值较大.无拉伸层流火焰燃烧速度随甲烷含量变化的规律与无拉伸层流火焰传播速度变化的规律类似.

关键词：煤层气甲烷定容燃烧弹层流燃烧速度

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环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

内燃机学报 2019年第3期37卷 203-212页

作者：王兆文石书国黄胜唐劼杜涛成晓北华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 上海热气机工程技术研究中心上海201203

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化... 详细信息

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量;掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强,能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程;随着环境温度的升高,掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小,燃烧火焰亮度增大.高环境温度工况下,碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大,使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小.

关键词：掺水乳化柴油定容燃烧弹环境温度喷雾燃烧