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湍流预混火焰的分形特性

内燃机工程 2004年第1期25卷 1-3页

作者：胡毅廖世勇蒋德明西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用高速纹影摄影法获得了定容燃烧弹内预混湍流火焰的图像,分别用数盒子法和像素点覆盖法计算出了火焰图像的分形维数。湍流火焰的分形分析结果表明,定容燃烧弹内的预混湍流火焰结构具有分形特征,且属于非充分发展的湍流火焰。湍流火... 详细信息

采用高速纹影摄影法获得了定容燃烧弹内预混湍流火焰的图像,分别用数盒子法和像素点覆盖法计算出了火焰图像的分形维数。湍流火焰的分形分析结果表明,定容燃烧弹内的预混湍流火焰结构具有分形特征,且属于非充分发展的湍流火焰。湍流火焰的分形维数反应了湍流脉动对火焰片的褶皱程度,湍流强度增大加剧湍流火焰前锋的褶皱,分形维数也随之增加。在相同湍流强度下,小尺度湍流对火焰前锋的褶皱作用更大。

关键词：内燃机湍流预混火焰分形维数像素点覆盖法定容燃烧弹

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基于ESF和FGM的湍流预混火焰大涡模拟

内燃机学报 2020年第6期38卷 514-521页

作者：章严于洲王浒尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

为了进一步发展适用于湍流预混火焰的亚格子燃烧模型,将欧拉随机场(ESF)模型与火焰面生成流形(FGM)模型耦合以发挥不同模型的优点.耦合模型通过混合物分数及反应进度变量构建低维流形,而湍流场中两者的概率密度分布函数(PDF)则通过ESF确... 详细信息

为了进一步发展适用于湍流预混火焰的亚格子燃烧模型,将欧拉随机场(ESF)模型与火焰面生成流形(FGM)模型耦合以发挥不同模型的优点.耦合模型通过混合物分数及反应进度变量构建低维流形,而湍流场中两者的概率密度分布函数(PDF)则通过ESF确定.通过对旋流燃烧器进行大涡模拟,以评估耦合模型描述湍流预混火焰结构的能力.结果表明:相比于传统FGM模型,耦合模型可以更好地预测湍流预混火焰中的速度、温度及组分的空间分布.由瞬时云图可知,耦合模型可以更加准确地描述当地火焰结构,尤其在火焰下游区域.可以推断耦合模型能够更好地保证湍流预混火焰的传播特性.

关键词：湍流预混火焰欧拉随机场模型火焰面生成流形模型大涡模拟

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湍流预混火焰传播速度的分形模型研究

工程热物理学报 2001年第4期22卷 507-510页

作者：杨宏旻顾璠刘勇徐益谦东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室热能工程研究所江苏南京210096

本文利用激光层析技术和数字图像处理技术，在对Ｒｅｄ＝４３３５～１１１００范围内的Ｂｕｎｓｅｎ式湍流预混火焰热图像序列进行分形分析的基础上，提出了一种基于分形理论的湍流预混火焰传播速度模型，该模型将小尺度涡团在火焰锋面... 详细信息

本文利用激光层析技术和数字图像处理技术，在对Ｒｅｄ＝４３３５～１１１００范围内的Ｂｕｎｓｅｎ式湍流预混火焰热图像序列进行分形分析的基础上，提出了一种基于分形理论的湍流预混火焰传播速度模型，该模型将小尺度涡团在火焰锋面的强化湍流扩散效应归结为对锋面结构的改变上。结果表明：利用该模型预测的火焰传播速度与试验结果基本吻合。

关键词：湍流预混火焰传播速度分形模型

基于高速双视角图像SVD匹配的湍流预混火焰面三维扩散速度场的重建

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燃烧科学与技术 2007年第3期13卷 238-242页

作者：黄群星王飞张强马增益严建华岑可法浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

提出了基于双视角立体镜头的火焰面三维扩散速度场的重建方法.该方法首先利用立体镜头,通过单个高速CCD靶面同时获取两个不同角度的火焰图像,然后通过标定得到相机参数,最后通过基于矢量奇异值分解(SVD)的图像匹配算法,重建得到火焰面... 详细信息

提出了基于双视角立体镜头的火焰面三维扩散速度场的重建方法.该方法首先利用立体镜头,通过单个高速CCD靶面同时获取两个不同角度的火焰图像,然后通过标定得到相机参数,最后通过基于矢量奇异值分解(SVD)的图像匹配算法,重建得到火焰面三维坐标及扩散速度.通过试验重建了不同工况下的甲烷预混火焰面三维结构及其扩散速度.计算结果表明,双视角三维重建方法可以用于湍流火焰面三维扩散速度场的定量分析.

关键词：双视角图像 SVD图像匹配湍流预混火焰三维扩散速度

加压富氧CH4/H2湍流预混火焰不稳定性的直接数值模拟研究

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加压富氧CH4/H2湍流预混火焰不稳定性的直接数值模拟研究

作者：黄乾华中科技大学

学位级别：硕士

当前我国碳减排形势严峻,加压富氧燃烧技术可实现大规模碳减排且拥有较高能效,应用前景广阔,但加压富氧燃烧存在高压熄火问题。通过掺混H可有效解决熄火问题,但H掺混导致的热-质扩散不稳定性机制需要进一步探究。直接数值模拟(DNS)的结... 详细信息

当前我国碳减排形势严峻,加压富氧燃烧技术可实现大规模碳减排且拥有较高能效,应用前景广阔,但加压富氧燃烧存在高压熄火问题。通过掺混H可有效解决熄火问题,但H掺混导致的热-质扩散不稳定性机制需要进一步探究。直接数值模拟(DNS)的结果具有极高可信度,因此本文通过开展三维DNS研究,对加压富氧CH/H湍流预混火焰的燃烧特性、不稳定性机制进行了系统研究。首先,基于高阶有限差分的Pencil-Code开源软件构建了湍流预混燃烧DNS平台。平台通过强制力方法生成各向均匀同性湍流,采用了由USC-Mech II简化得到的骨架机理描述化学反应动力学,选取了混合平均扩散模型模拟分子扩散,较好地兼顾了计算时间以及精度。其次,对压力为1、5、10 atm的加压富氧CH/H湍流预混火焰开展模拟,研究了压力对火焰结构、差异扩散等的影响。结果表明:H在正曲率区域聚集,而在负曲率区域发散,导致局部放热得到增强或削弱,随着压力增加,该现象加剧,H差异扩散影响增强;常压和加压下导致湍流火焰放热增强的主要化学反应有所差异,常压火焰为CH+OCHO+H,而加压火焰为H+O(+M)HO(+M),并且主要化学反应放热的增强是导致火焰放热增强的主要因素。最后,在10 atm下,对比了不同H浓度以及不同氧分压的富氧CH/H湍流预混火焰,探究了不同燃料组分对火焰放热、热-质扩散不稳定等的影响。研究表明:随着H浓度上升,湍流火焰的平均热释放率逐渐接近并超过层流火焰,强化了燃料放热,同时正曲率区域的火焰位移速度增加,改变了火焰传播特性;H浓度升高使火焰热-质扩散不稳定性增强,在掺氢比为0.8的湍流火焰中会出现超过层流火焰绝热温度的局部高温;氧分压下降会使火焰面会发展出更多小尺度结构,火焰面厚度增大,极大减少H的质量分数,抑制热-质扩散不稳定性;CO相比N可以弱化火焰各区域的放热差异,抑制由H优势扩散导致的热-质扩散不稳定。

关键词：加压富氧燃烧湍流预混火焰直接数值模拟热-质扩散不稳定差异扩散

稀释气体对合成气湍流预混火焰锋面结构演变及传播特性的影响研究

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稀释气体对合成气湍流预混火焰锋面结构演变及传播特性的影响研究

作者：吕嘉诚北京交通大学

学位级别：硕士

合成气作为一种日渐受到瞩目的气体燃料,其应用具有广阔的前景。但是,由于合成气的制备方式多样,在制备的合成气中除了主要的可燃气体氢气和一氧化碳以外,还有组分不等的稀释气体:氮气和二氧化碳。由于合成气成分复杂,其燃料理化性质随... 详细信息

合成气作为一种日渐受到瞩目的气体燃料,其应用具有广阔的前景。但是,由于合成气的制备方式多样,在制备的合成气中除了主要的可燃气体氢气和一氧化碳以外,还有组分不等的稀释气体:氮气和二氧化碳。由于合成气成分复杂,其燃料理化性质随组分变化有所不同。因此,所体现出的燃烧特性存在多样性,有必要开展系统的实验研究对合成气燃烧提供重要数据保障,也为湍流预混火焰提供更为广泛的基础数据。搭建了湍流定容燃烧试验装置。该装置主要由定容燃烧弹系统、进排气系统、湍流生成系统、点火系统以及光学拍摄系统组成。与其他研究者的湍流燃烧速度以及传播速度实验结果进行了对比,得出该系统具有良好的准确性。针对稀释气体对合成气湍流预混火焰锋面结构的影响开展了研究。针对不同初始参数下火焰演变特性开展了研究,采用Matlab对火焰图片进行高质量的轮廓提取,分析了稀释气体种类和组分、湍流强度、当量比以及氢气比例对湍流预混火焰局部结构特性的影响,进一步提取火焰局部半径,对传播过程中火焰锋面前后变化相关性进行量化,明确了火焰轮廓发展的影响机制。针对稀释气体对合成气湍流预混火焰传播特性的影响开展了研究。研究了不同稀释气体种类和组分、湍流强度、当量比以及氢气比例下火焰演变特性,对火焰有效半径进行了提取,揭示了时间半径变化规律和火焰传播速度影响机制。通过计算得到火焰可燃气体与未燃气体密度比,分析了不同初始参数对火焰湍流燃烧速度和相对湍流燃烧速度的促进权重,揭示了不同初始条件对火焰传播特性的影响。针对稀释气体对合成气湍流预混火焰加速特性的影响开展了研究。分析了火焰非线性传播的影响因素,针对不同初始条件下火焰临界半径变化规律进行分析,通过对不同稀释气体对火焰加速特性和分形特性的影响进行相关分析,揭示了火焰加速指数和分形超量随不同初始条件的变化规律,并对稀释气体种类和组分对火焰自湍化影响进行了定量分析。

关键词：湍流预混火焰稀释气体火焰传播火焰结构火焰加速特性

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平面管道内钝体后湍流预混火焰的数值分析

中国科学技术大学学报 1982年第2期 84-95页

作者：范维澄中国科学技术大学近代力学系

本文基于运用SCASM 燃烧模型的“k—ε—gr”湍流模型,借助于GM80通用程序对平面管道内钝体后的湍流预混火焰进行了数值分析.计算得到的火焰扩展角大约为2°,和与来流状态无关的结果与普遍承认的实验结果一致。本文给出并求解了控制反... 详细信息

本文基于运用SCASM 燃烧模型的“k—ε—gr”湍流模型,借助于GM80通用程序对平面管道内钝体后的湍流预混火焰进行了数值分析.计算得到的火焰扩展角大约为2°,和与来流状态无关的结果与普遍承认的实验结果一致。本文给出并求解了控制反应度脉动均方值gr 的微分方程,从而构造了“k—ε—gr”湍流模型;提出了以最大温度脉动值的轨迹作为火焰面的数学表征的建议;考虑了SCASM 燃烧模型中局部温度对层流火焰传播速度的影响;给出了计算近壁区gr 值的壁面函数.

关键词：火焰面温度脉动湍流预混火焰层流火焰传播速度壁面函数管道燃烧模型方程湍流动能耗散率钝体数值分析数学分析

基于OH/CH2O双组分PLIF技术的声波激励下湍流预混火焰锋面结构响应特性研究

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：孙永超孙明波朱家健万明罡陈勇蔡尊国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室国防科技大学空天科学学院

热声不稳定是航空航天动力装置中的关键问题之一,长期以来受到国内外众多学者的关注。热声不稳定现象包含的物理过程较多,给揭示其机理带来了很大困难。为揭示热声不稳定的机理,国内外学者针对声波与火焰的相互作用开展了大量研究,然而... 详细信息

热声不稳定是航空航天动力装置中的关键问题之一,长期以来受到国内外众多学者的关注。热声不稳定现象包含的物理过程较多,给揭示其机理带来了很大困难。为揭示热声不稳定的机理,国内外学者针对声波与火焰的相互作用开展了大量研究,然而针对声波激励下火焰锋面结构(如火焰锋面曲率、进度变量及火焰面密度)等的研究仍然较少。本文以湍流预混火焰为研究对象,利用OH/CHO双组分PLIF技术获得了不同声波频率下的火焰结构。在双组分PLIF图像的基础上分别对OH和CHO的组分分布及火焰锋面结构进行了分析。结果表明:声波激励会促使火焰表面产生涡结构,涡结构的演化周期与声波周期一致。另外,当流速增加到一定程度时,涡结构的大小会急剧减小,然而此时声波激励会导致流场中CHO的分布范围明显增大。最后,本文利用Canny算法提取了火焰边界,在此基础上得到了火焰锋面曲率的分布。火焰锋面曲率的研究结果表明在某些工况下,声波激励可以使火焰锋面更光滑。另外,本文还分析了声波激励下进度变量及火焰面密度的变化。

关键词：声波激励湍流预混火焰双组分PLIF 火焰锋面结构

来源： cnki会议评论

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反应机理对湍流预混值班火焰稳燃影响的研究

推进技术 2020年第10期41卷 2276-2282页

作者：刘英杰刘潇周波游滨川郑洪涛中国航空发动机研究院北京101304 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 南方科技大学力学与航空航天工程系广东深圳518055

针对反应机理对湍流预混值班火焰稳燃的影响,使用大涡模拟(LES)耦合输运概率密度(PDF)方法模拟了湍流射流火焰的燃烧流场。化学反应过程采用被广泛应用的SMOOKE(16组分,46步)和DRM22(22组分,104步)机理,概率密度输运的确定采用欧拉随机... 详细信息

针对反应机理对湍流预混值班火焰稳燃的影响,使用大涡模拟(LES)耦合输运概率密度(PDF)方法模拟了湍流射流火焰的燃烧流场。化学反应过程采用被广泛应用的SMOOKE(16组分,46步)和DRM22(22组分,104步)机理,概率密度输运的确定采用欧拉随机场来实现。计算结果表明,LES/PDF模型可以准确地模拟该类火焰的速度分布,火焰褶皱等结构。反应机理的点火延迟时间的准确与否是模拟值班射流火焰的关键,预混射流出口处的小尺度掺混引起的点火和火焰传播过程是值班射流火焰稳燃的关键。

关键词：湍流预混火焰反应机理大涡模拟点火燃烧稳定性