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表面粗糙度对微尺度火焰淬熄的影响

湖北大学学报（自然科学版） 2011年第1期33卷 84-87页

作者：吴云影冯耀勋林曼斌杨浩林赵黛青韩山师范学院化学系广东潮州521041 中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室广东广州510640

在对不锈钢片、铝片、单晶硅以及氧化锆板等材料表面上进行化学和物理的处理,形成不同的表面粗燥度.使用这些不同表面粗糙度的平板制作缝隙燃烧室壁面.在缝隙燃烧器的两个平行板之间,使用预混甲烷/空气火焰进行燃烧实验,考察在微小空间... 详细信息

在对不锈钢片、铝片、单晶硅以及氧化锆板等材料表面上进行化学和物理的处理,形成不同的表面粗燥度.使用这些不同表面粗糙度的平板制作缝隙燃烧室壁面.在缝隙燃烧器的两个平行板之间,使用预混甲烷/空气火焰进行燃烧实验,考察在微小空间里,表面粗糙度对火焰淬熄的影响.结果显示表面粗糙度的增加,火焰淬熄距离变小,有利于微尺度燃烧器的稳焰.随燃烧室壁的外加热温度的提高,热损失减少,表面粗燥度对火焰淬熄距离的影响越明显.

关键词：微尺度燃烧表面粗糙度火焰淬熄燃烧稳定性

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防爆格栅结构对火焰淬熄的影响

煤矿安全 2009年第9期40卷 9-12页

作者：张建全李宝林吴晓蓉陈景昌中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

应用Fluent模拟防爆格栅火焰淬熄情况,并对结构参数和火焰淬熄之间的关系进行定性分析。结果表明,扩张腔直径和平板厚度对火焰淬熄效果有一定的影响,扩张腔角度和长度变化对火焰淬熄效果基本无影响,为防爆格栅的设计及应用提供参考。

关键词：防爆柴油机防爆格栅火焰淬熄结构效果

波纹型阻火器结构单元内预混火焰淬熄特性的数值研究

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波纹型阻火器结构单元内预混火焰淬熄特性的数值研究

作者：崔晋恺华东理工大学

学位级别：硕士

阻火器能够良好地阻止可燃气体爆炸引发的火焰蔓延传播及再次回火爆炸,其中波纹型阻火器因其优异的阻火效果和流通特性而被广泛应用于管道油气储运、煤矿开采等领域。火焰在通过由卷曲波纹带缠绕形成的结构单元时熄灭表征为三角狭缝淬熄... 详细信息

阻火器能够良好地阻止可燃气体爆炸引发的火焰蔓延传播及再次回火爆炸,其中波纹型阻火器因其优异的阻火效果和流通特性而被广泛应用于管道油气储运、煤矿开采等领域。火焰在通过由卷曲波纹带缠绕形成的结构单元时熄灭表征为三角狭缝淬熄,因此研究预混火焰在三角狭缝结构内的淬熄特性有助于波纹型阻火器的设计及可燃气体抑爆。本文以不同速度传播的甲烷、乙烯和丙烷三种燃料与空气化学计量比混合的预混火焰为研究对象,运用FLUENT对不同条件下的等边三角狭缝结构内的火焰传播及淬熄过程进行模拟分析,发现三角形通道内预混火焰传播特点,并指出不同因素对火焰传播及熄灭的影响。之后又以火焰传播稳定时的位置与入口的距离(淬熄长度)为衡量淬熄难易标准,得出三种燃料-空气火焰的淬熄长度和火焰速度、狭缝尺寸、初始壁温三者的关系曲线,图像直观反映出三角形阻火单元对火焰的抑制效果。通过对大量模拟数据拟合得出淬熄长度的计算公式,通过计算能够更好的预测火焰淬熄位置以确定阻火层厚度。结果表明:不同预混火焰在三角狭缝结构内传播及淬熄呈现相似特点,即火焰向前传播至极限距离后略微收缩并几乎保持不变,在壁面散热作用下燃烧形成的高温向未燃区域过渡;绝热燃烧温度越高的火焰更加深入狭缝,对应的淬熄长度也更大;对于同种预混火焰,淬熄长度与火焰传播、狭缝尺寸、初始壁温三者均呈现正相关的关系;当火焰传播变快,淬熄长度的增加程度逐渐变缓;入口处火焰传播较快的条件下,狭缝尺寸对火焰淬熄长度的作用要比初始壁温更加明显。

关键词：波纹型阻火器预混火焰火焰淬熄淬熄长度

加氢对甲烷层流火焰正面淬熄状态下电学特性的影响

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加氢对甲烷层流火焰正面淬熄状态下电学特性的影响

作者：王振统哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

我国正处于经济转型重要阶段,因此也面临一系列转型阶段的挑战与困难,对于能源高效与安全使用的重要性也变得越来越重要。根据国际能源署预测,中国对于能源的需求量将会持续增大,预计在2035年中国的能源消耗量将超过美国,成为世界最大... 详细信息

我国正处于经济转型重要阶段,因此也面临一系列转型阶段的挑战与困难,对于能源高效与安全使用的重要性也变得越来越重要。根据国际能源署预测,中国对于能源的需求量将会持续增大,预计在2035年中国的能源消耗量将超过美国,成为世界最大的能源消耗国。目前化石燃料在全球范围内的广泛使用已经造成了许多危机,包括能源短缺危机以及环境污染问题,因此清洁能源的推广和使用也变得日益重要。能源在不同燃烧器中燃烧过程也不尽相同,对于微尺度燃烧器而言,虽然燃烧过程能产生更大的能量和功率,但也面临燃烧不稳定和容易出现火焰淬熄的困境。发生火焰淬熄时自由基、带电粒子和电子的分布会产生显著的变化,因此研究火焰淬熄情况下的电学特性对于减弱淬熄情况和提高燃烧稳定性与效率具有一定的指导作用。论文研究了加氢对甲烷层流火焰正面淬熄状态下电学特性的影响。在加氢对火焰电学特性的实验研究中,首先进行了火焰中电学特性的理论分析,结合火焰燃烧中热量散失及自由基分布的特点,分析了不同的极板材质、电压、掺氢量及空气量等不同的工况下加氢对甲烷火焰电学特性的影响,利用电流表测量出不同条件下的一系列瞬时电流值并绘制成不同的曲线图,发现极板材质不同对实验结果中的电流值的影响可以忽略不计,并且燃烧器接负电压时对实验结果中的电流值影响较大,另外不同掺氢量和空气量会对实验中的电流值产生不同的影响。本实验中最适宜的电流值为50ml/min,加入氢气可以使火焰的结构发生变化,空气量的增加会使火焰形态发生变化变化,进而使实验中的电流增大,但是在同一种形态火焰下,空气量的增加对于电流值峰值的变化影响不大。此外,空气量的增加会导致电流峰值对应的距离逐渐减小在研究的数值模拟中,首先选择合适的数学模型以及燃烧过程中涉及的电离机理并建立了物理模型,随后对火焰的温度、电子、自由基及离子进行模拟。研究了掺氢量及空气量对于温度、电子、自由基及离子分布的影响,发现选择合适的掺氢量以及空气量对可以提高电子及自由基的浓度并且电子浓度的变化与实验中电流的变化吻合,但掺氢量对温度的影响较小,对不同种类的离子的影响也不尽相同。

关键词：氢气火焰淬熄自由基电学特性实验研究数值模拟

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层流火焰淬熄电学特性的实验研究及数值模拟

层流火焰淬熄电学特性的实验研究及数值模拟

作者：戈铁柱哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着微型机电系统的快速发展,人们对于结构尺寸更小,功率密度更大的微型能源系统的需求愈加迫切。微尺度燃烧动力系统由于能量密度高的特点而受到了广泛的关注。然而微尺度燃烧与常规燃烧相比会产生很多新的问题。微尺度燃烧不能维持稳... 详细信息

随着微型机电系统的快速发展,人们对于结构尺寸更小,功率密度更大的微型能源系统的需求愈加迫切。微尺度燃烧动力系统由于能量密度高的特点而受到了广泛的关注。然而微尺度燃烧与常规燃烧相比会产生很多新的问题。微尺度燃烧不能维持稳定,会发生淬熄即熄火。由于火焰本身是一种弱电离的等离子体,碳氢燃料的火焰中含有许多诸如CHO+、H3O+、e、OH-等直接与化学反应相关的带电的粒子,淬熄发生时火焰速度降低,最终停止向壁面传播,会引起上述带电粒子数量与分布的变化。因此,对于火焰淬熄的电学特性研究十分必要。本课题从理论分析、实验研究两方面对层流稳态火焰淬熄电学特性进行了研究,利用数值模拟方法对层流火焰淬熄时的燃烧特性进行了分析,对层流火焰淬熄时参数的变化规律进行了探讨。本课题研究结果如下:设计并搭建了层流火焰淬熄的电学特性实验台。本课题采用控制变量法进行实验。理论方面从分子动理论角度得到了粒子近碰撞的频率值,并且从等离子角度得到了直流小电场条件下火焰的电导率的数量级为10-8。采用控制变量法,只改变燃烧器与淬熄平面之间的电压值。电压值取20V、40V、60V、80V,发现电压加载方向影响电流大小,燃烧器上为负电压时电流较大。电流值随着电压值的增大而增大。在一定范围内,同一高度处火焰的电阻值保持不变,不随着电压大小的变化而变化。淬熄平面的材质对于火焰淬熄的电学特性影响较小。淬熄时,随着距离的减小,火焰向上的传播受到了阻碍,火焰的高温区向着燃烧器左右两侧移动,并且反应区域内最高温度降低。CO2的含量先增加后减小,CO的含量先增加后减小。距离50mm条件下,随着空气量的增加,火焰淬熄时的温度最大值逐渐升高。火焰的高温区域随着空气量的增加逐渐向着中间区域集中;轴向速度逐渐升高;CO的质量分数逐渐减小,并且CO质量分数的最高值的位置呈下降趋势;CO2的质量分数最大值逐渐下降,火焰的CO2的质量分数较大的区域随着空气量的增加逐渐向着中间区域集中。

关键词：火焰淬熄电学特性控制变量数值模拟

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微通道内火焰传播的研究进展

过程工程学报 2018年第4期18卷 669-679页

作者：王正赵祥迪陈国鑫杨帅黄青山蒋夫花中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室山东青岛266071 中国科学院青岛生物能源与过程研究所山东青岛266101

微燃烧器与阻火器淬火单元均为可燃气体燃烧的微通道,目前对微燃烧器的研究较充分,而对阻火器淬火单元的研究较少.本工作概述了影响火焰在微通道内传播的因素,指出对各因素的研究还需深入,有利于澄清争议;简述了火焰在微通道内传播的数... 详细信息

微燃烧器与阻火器淬火单元均为可燃气体燃烧的微通道,目前对微燃烧器的研究较充分,而对阻火器淬火单元的研究较少.本工作概述了影响火焰在微通道内传播的因素,指出对各因素的研究还需深入,有利于澄清争议;简述了火焰在微通道内传播的数学模型的研究进展,提出微通道内流体流动流型的判定亟需完善;确定在高速爆轰条件下,阻火器内的流动为湍流;推荐将雷诺应力湍流模型与层流有限速率模型结合进行阻火器内高速爆轰火焰传播的数值模拟,推荐采用以密度为基础的算法进行求解;指出了微通道内火焰传播研究的成果与不足,展望了其发展方向.

关键词：微通道数学模型火焰淬熄层流有限速率湍流燃烧

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丙烷-空气预混火焰在三角形狭缝内传播特性

消防科学与技术 2021年第8期40卷 1169-1173页

作者：孙昱崔晋恺苏永升钭丽敏华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 上海华理安全设备有限公司上海200237

用计算流体力学方法对以丙烷为燃料的预混火焰进行数值模拟。研究预混火焰在等边三角形狭缝中传播时,狭缝尺寸、壁面初温、火焰初速对火焰淬熄长度的影响,并拟合火焰淬熄长度的计算公式。结果表明:狭缝尺寸、壁面初温以及火焰初速3个因... 详细信息

用计算流体力学方法对以丙烷为燃料的预混火焰进行数值模拟。研究预混火焰在等边三角形狭缝中传播时,狭缝尺寸、壁面初温、火焰初速对火焰淬熄长度的影响,并拟合火焰淬熄长度的计算公式。结果表明:狭缝尺寸、壁面初温以及火焰初速3个因素均与淬熄长度呈正相关。随着火焰初速的变快,淬熄长度增加放缓。在较高的火焰初速下,狭缝尺寸是影响淬熄长度的主要因素。拟合了较准确的淬熄长度计算公式。

关键词：波纹型阻火器火焰淬熄预混火焰数值模拟狭缝

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瞬态火焰与壁面相互作用的研究

瞬态火焰与壁面相互作用的研究

作者：郑志伟天津大学

学位级别：硕士

在受限空间内,例如发动机燃烧室内,火焰撞壁现象经常发生而且该过程是不可避免的。火焰与壁面间的相互对燃油的蒸发混合,火焰的扩散有关键的影响,从而会进一步影响发动机燃烧室的燃烧过程及排放过程。目前随着发动机先进燃烧技术的不断... 详细信息

在受限空间内,例如发动机燃烧室内,火焰撞壁现象经常发生而且该过程是不可避免的。火焰与壁面间的相互对燃油的蒸发混合,火焰的扩散有关键的影响,从而会进一步影响发动机燃烧室的燃烧过程及排放过程。目前随着发动机先进燃烧技术的不断发展,湿壁现象在发动机燃烧室同样不可壁免,相比于火焰与壁面相互作用,火焰与湿壁间的相互作用同样是值得重视的。为了解火焰与干湿壁面间的相互作用,本文采用高速纹影法及自发光成像的方法对甲烷瞬态火焰与干湿壁面间的相互作用进行了相关研究。首先,采用高速纹影法对甲烷瞬态火焰与干湿壁面相互作用过程中火焰形貌发展过程及影响因素进行记录并分析。重点探究了火焰与壁面相互作用过程中火焰伸展半径及火焰厚度的影响。结果发现,壁面高度,燃料流速及壁面干湿条件对火焰与壁面相互作用过程中火焰伸展半径和火焰厚度均有一定影响。之后,使用ICCD相机对火焰自发光及羟基自发光情况进行了拍摄,并探讨了壁面高度,燃料流速及壁面干湿条件对甲烷瞬态火焰与壁面相互作用过程中火焰自发光亮度及羟基分布的影响。结果发现:（1）火焰自发光强度受壁面高度、燃料流速及壁面干湿条件的影响。壁面高度升高时,火焰与壁面相互作用过程中火焰自发光亮度有明显的降低,同时火焰明亮部分面积缩小,且向壁面方向移动。当流速改变时,自发光亮度有所提高。壁面干湿条件的变化同样会影响火焰自发光亮度情况。相较于干壁面,湿壁条件下,火焰亮度具有明显的提升,并且不同的湿壁条件对火焰自发光亮度影响情况不同。（2）羟基分布情况受壁面高度,燃料流速及壁面干湿条件的影响。随着壁面高度增加,羟基峰值向靠近壁面方向移动,在火焰前锋处,燃料充分燃烧,燃烧程度较高,羟基分布较多。流速的增加能够使羟基分布向壁面方向移动,同时浓度增加。壁面干湿条件对羟基分布的影响主要体现在近壁区域的分布,同时油膜厚度及种类也会对羟基分布造成一定影响。最后,探究了不同壁面高度,燃料流速及壁面条件下,火焰与壁面相互作用时火焰淬熄距离。结果发现,火焰淬熄距离受壁面高度及其他因素的综合影响,火焰淬熄距离与燃料流速是呈正相关的。壁面条件对火焰淬熄距离存在一定影响,油膜厚度的差异也会对火焰淬熄距离造成影响,但是不同的油膜种类在相同的厚度情况下,火焰淬熄距离相差不大。

关键词：瞬态火焰壁面作用自发光成像火焰形貌火焰淬熄羟基分布

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壁面油膜对甲烷预混气燃烧特性和排放的影响

燃烧科学与技术 2021年第3期27卷 241-248页

作者：梁兴雨李畅王昆张洪升刘子阳王诗文天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

针对壁面油膜与预混火焰的相互作用过程,采用数值模拟研究方法,考察了不同初始条件下,多组分柴油油膜对甲烷-空气预混火焰传播过程淬熄、壁面热通量等燃烧特性和碳烟、氮氧化合物NOx、未燃碳氢化合物(UHC)等排放的影响.首先,考察了温度... 详细信息

针对壁面油膜与预混火焰的相互作用过程,采用数值模拟研究方法,考察了不同初始条件下,多组分柴油油膜对甲烷-空气预混火焰传播过程淬熄、壁面热通量等燃烧特性和碳烟、氮氧化合物NOx、未燃碳氢化合物(UHC)等排放的影响.首先,考察了温度为800~1100K,压力为1.5~2.5 MPa、壁面温度为350~450 K和当量比为0.9~1.1条件下,火焰淬熄距离、传播速度和壁面热通量的变化.其次,分析了干湿壁面对甲烷预混火焰放热率的影响.然后,研究了近壁区域内UHC、CO和碳烟前驱体以及与碳烟生成相关小分子物质,包括C2H2、C2H4和C3H3等的生成.最后,对比了单组分异辛烷油膜和四组分柴油替代油膜对排放的影响.

关键词：甲烷预混燃烧附壁油膜火焰淬熄壁面热通量发动机排放