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稀释条件下扩散射流火焰稳定性的研究

稀释条件下扩散射流火焰稳定性的研究

作者：熊世文中国科学技术大学

学位级别：硕士

扩散射流火焰因易于控制而在工业生产和日常生活中应用十分广泛,而一些不受控制的扩散射流火灾会造成严重的人员伤亡、经济损失和环境破坏。前人对扩散射流火焰稳定性已开展了大量研究,但是由于火焰推举现象包含的物理和化学反应过程非... 详细信息

扩散射流火焰因易于控制而在工业生产和日常生活中应用十分广泛,而一些不受控制的扩散射流火灾会造成严重的人员伤亡、经济损失和环境破坏。前人对扩散射流火焰稳定性已开展了大量研究,但是由于火焰推举现象包含的物理和化学反应过程非常复杂,推举火焰的稳定机理至今仍是研究热点问题,研究稀释条件下的扩散射流火焰稳定性可以加强对射流火焰燃烧机理的理解。与此同时,在化石燃料燃烧过程中排放的污染物不仅损害了人体健康,而且给人类生存带来了威胁。在燃料中加入稀释气能有效降低氮氧化物和碳烟排放,但是稀释气也会显著的降低火焰稳定性。因此,研究稀释条件下扩散射流火焰的稳定性对于能源安全利用以及可持续发展具有重要意义。本文采用实验研究、理论分析和数值计算相结合的办法,研究了稀释条件下不同稀释气体和不同环境压力对扩散射流火焰稳定性的影响。本文通过对火焰推举高度、吹熄极限、自激振荡的研究,结合经典燃烧动力学理论,揭示了稀释条件下不同稀释气体和不同环境压力对扩散射流火焰行为演化的影响机制,并建立了相应的无量纲表征模型。具体的研究工作包括:不同稀释气体下湍流扩散射流火焰推举高度和吹熄极限。本文使用丙烷作为燃料,氦气、氮气、二氧化碳作为稀释气,通过改变稀释气体种类、燃料摩尔分数和射流速度研究扩散射流火焰的稳定性。研究表明,在高度稀释条件下,实验结果和Kalghatgi提出的完全湍流推举高度预测模型存在一定的偏差。本文分析了在高度稀释下前人提出的完全湍流推举高度预测模型产生偏差的原因,由于燃料摩尔分数反映了火焰底部的燃烧强度,需要在预混火焰模型中加入燃料摩尔分数这一表征稀释程度的项来修正Kalghatgi提出的预混火焰推举高度模型。同时,本文验证了 Kalghatgi提出的预混火焰模型在预测不同稀释气体和高稀释条件下预测吹熄极限的适用性。此外,本文还研究了不同环境压力下稀释扩散射流火焰的推举高度和火焰的自激振荡行为。本文使用氦气稀释丙烷,采用空气伴流的方式,通过改变环境压力、燃料摩尔分数和射流速度研究了层流扩散射流火焰的稳定性。研究表明,层流扩散射流火焰推举高度随射流速度非线性增加,随着环境压力和燃料摩尔分数的降低而降低。本文分析了层流火焰传播速度、燃料流速、燃料质量分数对层流扩散射流火焰推举高度的影响,提出了不同环境压力及燃料摩尔分数下层流扩散火焰推举高度无量纲模型。同时,本文利用快速傅里叶变换提取了火焰推举高度振荡频率,结果表明,随着环境压力降低火焰受到的浮力逐渐减小,当环境压力降到足够低时,浮力诱导自激振荡现象消失,热损失自激振荡频率随压力降低而降低。本文分析了喷嘴直径、平均推举高度、无量纲射流速度以及热损因子的影响,提出了不同环境压力及燃料摩尔分数下的热损失自激振荡频率无量纲模型。

关键词：扩散射流火焰燃料稀释推举火焰火焰稳定性自激振荡吹熄极限

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离心力场下扩散射流火焰的特性

航空动力学报 2010年第9期25卷 1978-1983页

作者：郭新华张弛林宇震北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力科技重点实验室北京100191

以直段空腔和弯曲空腔为研究对象,在相同的初始条件下试验了两者之间火焰传播的特性,研究了强离心力条件下的扩散射流火焰特性.通过比较分析,在弯曲空腔中离心力场的影响下,扩散射流火焰受到浮升力的作用,以"焰泡迁移"的方式在主流中传... 详细信息

以直段空腔和弯曲空腔为研究对象,在相同的初始条件下试验了两者之间火焰传播的特性,研究了强离心力条件下的扩散射流火焰特性.通过比较分析,在弯曲空腔中离心力场的影响下,扩散射流火焰受到浮升力的作用,以"焰泡迁移"的方式在主流中传播,加快了火焰传播速度,削弱了横向气流的干扰作用,使扩散射流火焰顺利地与空气掺混反应,增加了其在横向气流中的穿透深度.

关键词：扩散射流火焰射流穿透离心力浮升力旋流器

不同低环境压力下扩散射流火焰高度的实验研究

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消防科学与技术 2013年第10期32卷 1067-1069页

作者：门庆民烟台市消防支队山东烟台264000

通过在变压力实验舱中开展扩散射流火实验,研究了不同压力环境条件下平均火焰高度的分布特征。研究发现:各环境压力条件下平均火焰高度都呈现出先随火源功率的增加急剧增加,而后增加的趋势又逐渐放缓的规律。在火源功率较小时,各环境压... 详细信息

通过在变压力实验舱中开展扩散射流火实验,研究了不同压力环境条件下平均火焰高度的分布特征。研究发现:各环境压力条件下平均火焰高度都呈现出先随火源功率的增加急剧增加,而后增加的趋势又逐渐放缓的规律。在火源功率较小时,各环境压力下平均火焰高度差别比较小,而随着火源功率的增加,各环境压力下平均火焰高度差别逐渐增大。在火源功率相对较大的情况下,对于相同火源功率,平均火焰高度随气压的增加而降低。通过拟合无量纲火焰高度和无量纲火源功率获得了不同压力环境下平均火焰高度拟合关系式。

关键词：扩散射流火焰不同低气压环境火焰高度

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低气压下湍流扩散射流火焰形态的实验研究

消防技术与产品信息 2015年第11期28卷 3-6页

作者：王亚平张云飞甘肃省消防总队甘肃兰州730070

通过在拉萨和合肥两地开展丙烷射流火实验,研究了两地湍流扩散射流火焰形态的不同,分析了低压低氧条件对火焰形态的影响机理。通过图像处理,得到了两地的火焰高度和火焰面积,并通过圆柱体假设,得到了等效的火焰宽度。研究结果表明,对于... 详细信息

通过在拉萨和合肥两地开展丙烷射流火实验,研究了两地湍流扩散射流火焰形态的不同,分析了低压低氧条件对火焰形态的影响机理。通过图像处理,得到了两地的火焰高度和火焰面积,并通过圆柱体假设,得到了等效的火焰宽度。研究结果表明,对于相同的燃料种类和喷嘴口径,当火源功率相同时,拉萨的火焰高度、火焰等效宽度和火焰面积比合肥的大。两地的火焰高度与火焰等效宽度的比值均为一常数,拉萨的数值略大于合肥,两地的均值约为13.8。

关键词：消防扩散射流火焰火焰形态低压环境

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低气压下湍流扩散射流火焰形态的实验研究

低气压下湍流扩散射流火焰形态的实验研究

作者：王亚平张云飞甘肃省公安消防总队

通过在拉萨和合肥两地开展丙烷射流火实验,研究了两地湍流扩散射流火焰形态的不同,分析了低压低氧条件对火焰形态的影响机理。通过图像处理,得到了两地的火焰高度和火焰面积,通过圆柱体假设,得到了等效的火焰宽度。研究结果表明,对于相... 详细信息

通过在拉萨和合肥两地开展丙烷射流火实验,研究了两地湍流扩散射流火焰形态的不同,分析了低压低氧条件对火焰形态的影响机理。通过图像处理,得到了两地的火焰高度和火焰面积,通过圆柱体假设,得到了等效的火焰宽度。研究结果表明,对于相同的燃料种类和喷嘴口径,火源功率相同时,拉萨的火焰高度、火焰等效宽度和火焰面积比合肥的大。两地的火焰高度与火焰等效宽度的比值均为一常数,拉萨的数值略大于合肥,两地的均值约为13.8。

关键词：消防扩散射流火焰火焰形态低压环境

来源： cnki会议评论

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当量比和雷诺数对页岩气射流火焰的影响

南通职业大学学报 2018年第4期32卷 72-77,96页

作者：徐大伟冯永安刘帅上海蓥石汽车技术有限公司试验认证部上海200120 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

搭建了页岩气扩散射流燃烧试验平台,分别调节了中心喷口页岩气与周围伴流氧气的流量,对页岩气的扩散射流火焰结构进行研究,探讨射流火焰高度、最高燃烧温度和燃烧产物随化学当量比和雷诺数的变化规律,分析了当量比变化对中心轴线火焰温... 详细信息

搭建了页岩气扩散射流燃烧试验平台,分别调节了中心喷口页岩气与周围伴流氧气的流量,对页岩气的扩散射流火焰结构进行研究,探讨射流火焰高度、最高燃烧温度和燃烧产物随化学当量比和雷诺数的变化规律,分析了当量比变化对中心轴线火焰温度的影响。结果表明:当量比增大时,火焰颜色和内焰高度发生变化;随着雷诺数增加,页岩气由层流燃烧逐渐发展为脉动燃烧,最终发生湍流燃烧;当量比增大,火焰高度逐渐升高,最高燃烧温度先升高再降低,沿中心轴线方向,温度的升高速度增大,NO质量浓度增大,HC质量浓度降低;由于页岩气射流速度和质量分数的影响,当雷诺数增大时,最高燃烧温度和NO质量浓度先升高再降低,火焰高度逐渐升高,HC质量浓度基本保持不变。

关键词：页岩气扩散射流火焰当量比雷诺数燃烧特性