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小尺度湍流对近极限非预混火焰熄灭极限的影响

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燃烧科学与技术 2022年第2期28卷 190-197页

作者：邹俊杨协和张扬吴玉新张海吕俊复清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

基于“比拟理论(analogy theory)”,本文研究了小尺度湍流引发的传热传质增强作用对湍流非预混火焰熄灭极限的影响.结果表明:小尺度涡的传热传质增强作用使湍流非预混火焰层厚度增厚,火焰温度降低,火焰层内活性自由基H和OH的摩尔分数降... 详细信息

基于“比拟理论(analogy theory)”,本文研究了小尺度湍流引发的传热传质增强作用对湍流非预混火焰熄灭极限的影响.结果表明:小尺度涡的传热传质增强作用使湍流非预混火焰层厚度增厚,火焰温度降低,火焰层内活性自由基H和OH的摩尔分数降低.化学反应时间和停留时间都随湍流强度增加而增加;但在同一湍流强度下,不同燃料浓度的非预混火焰熄灭临界达姆克勒数(Damköhler number)近似为定值,该临界达姆克勒数随着湍流脉动速度的增加而增加.

关键词：小尺度湍流小火焰扩散火焰熄灭极限传热传质

NH_(3)/DME火焰熄灭极限及动力学机制

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燃烧科学与技术 2024年第2期30卷 137-144页

作者：陈九伍苟小龙重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学能源与动力工程学院重庆400044

基于对冲流火焰实验台,获得了NH_(3)、DME及NH_(3)/DME混合物扩散火焰的熄灭极限数据,并在其基础上发展了能精确刻画NH_(3)/DME燃烧特性尤其是极限拉伸率的动力学模型,基于该模型对NH_(3)/DME的燃烧动力学机制进行了分析.研究结果表明,... 详细信息

基于对冲流火焰实验台,获得了NH_(3)、DME及NH_(3)/DME混合物扩散火焰的熄灭极限数据,并在其基础上发展了能精确刻画NH_(3)/DME燃烧特性尤其是极限拉伸率的动力学模型,基于该模型对NH_(3)/DME的燃烧动力学机制进行了分析.研究结果表明,DME掺混比的增大有助于NH_(3)/DME扩散火焰可燃极限的拓展;DME的化学效应和热效应对NH_(3)/DME燃烧起到促进作用,且化学效应的影响更为重要,随着DME掺混比的增大,化学效应的相对重要性亦增加;与此同时,DME的输运效应对NH_(3)/DME的燃烧起到抑制作用;DME的掺混增大了火焰的厚度,在增大自由基生成量的同时提高了反应过程的热释放率,进而促进了燃烧、提高了燃烧过程的稳定性.

关键词： NH3 熄灭极限动力学

低速流动中热厚固体材料表面火焰传播特性和熄灭极限

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低速流动中热厚固体材料表面火焰传播特性和熄灭极限

第八届全国流体力学学术会议

作者：王双峰朱凤王绥德朱康成卢占斌中国科学院力学研究所微重力重点实验室上海大学应用数学和力学研究所

固体材料表面火焰传播的极限条件对于燃烧理论和防火安全具有重要意义。对于热薄材料,微重力实验和数值模拟将气流速度和氧气浓度决定的火焰熄灭边界扩展到低速(约20 cm/s及以下)流动范围,为完整认识材料燃烧特性、准确评估航天器材料... 详细信息

固体材料表面火焰传播的极限条件对于燃烧理论和防火安全具有重要意义。对于热薄材料,微重力实验和数值模拟将气流速度和氧气浓度决定的火焰熄灭边界扩展到低速(约20 cm/s及以下)流动范围,为完整认识材料燃烧特性、准确评估航天器材料可燃性提供了重要基础。对热厚材料,空间微重力实验证明了低速流动条件下同向传播火焰(火焰传播方向与气流方向相同)熄灭极限的存在性,但由于长时间微重力实验机会有限,加上对燃烧机理的认识不足,目前没有系统的研究结果。利用"窄通道"提供的模拟微重力环境,对典型热厚材料表面火焰传播进行观测,分析气流速度、氧气浓度、材料厚度等对火焰传播过程和火焰特性的影响,系统地确定了维持火焰传播的极限气流速度和极限氧气浓度,并与文献数据和理论预测进行比较,讨论低速气流中热厚材料燃烧机理。

关键词：热厚材料火焰传播熄灭极限微重力

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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加压近极限层流预混火焰的熄灭特性研究

加压近极限层流预混火焰的熄灭特性研究

作者：田雪沁清华大学

学位级别：硕士

近极限预混火焰的熄灭极限及可燃极限的研究对于实际应用和丰富燃烧理论都有着重要意义，而加压条件下目前国内外在这方面的研究仍然较少。本文使用CHEMKIN软件的PREMIX和OPPDIF模块对加压一维自由传播和弱拉伸对冲层流预混火焰进行模... 详细信息

近极限预混火焰的熄灭极限及可燃极限的研究对于实际应用和丰富燃烧理论都有着重要意义，而加压条件下目前国内外在这方面的研究仍然较少。本文使用CHEMKIN软件的PREMIX和OPPDIF模块对加压一维自由传播和弱拉伸对冲层流预混火焰进行模拟，使用敏感性分析和路径分析等方法研究了压力对可燃极限和弱拉伸火焰熄灭极限的影响与作用机理，与此同时，对现有的微重力加压对冲火焰实验装置进行大量的改进和完善，对现有的准稳态测量方法的进行实验校核，修正了原测量方法，提高了实验精度。使用改进后的实验系统和实验方法在NMLC微重力条件下测得不同压力下CH/air和CH/N/O/He对冲层流预混火焰在两个弱张力下的浓度熄灭极限。同时，在常重力下获得相同工况的实验数据。通过比较常、微重力的实验结果和数值模拟结果，分析了自然对流、Le数和拉伸率对加压近极限对冲火焰熄灭极限的影响规律。一维自由传播预混甲烷/空气火焰数值模拟的结果表明，压力增大，三体链终止反应增强，但压力增加超过5atm后，HO参与的对压力不敏感的二体反应HO+CH=OH+CHO和OH+HO=O+HO逐渐分别成为主导的链分支反应和链终止反应。同时，主要链分支反应由对温度敏感性下降，主要链终止反应对温度敏感性上升，火焰温度随化学当量比下降时，链分支反应减弱程度小于链终止反应，进而随压力增大，贫燃侧可燃极限反而变小，可燃范围加大。对冲预混甲烷/空气火焰的数值模拟结果表明，弱拉伸火焰的火焰传播特性受压力影响与一维自由传播预混火焰不同。随着压力增大，弱拉伸火焰的熄灭极限呈先增大后基本不变、略有减小的变化趋势，这有由于压力对于弱拉伸层流预混火焰的作用不仅影响燃烧链式化学反应，也影响局部拉伸率，两者共同导致了上述变化。微重力对冲预混甲烷/空气火焰的实验表明，拉伸率和Lewis数的增大都将导致熄灭极限的增大。随着压力增大，熄灭极限先增大后基本不变，这与数值模拟结果一致。另外，对比常重力下的实验结果可知，自然对流将会导致测量结果偏大，部分原因是由于其对于火焰平面的弯曲与拉伸作用。

关键词：层流预混火焰熄灭极限可燃极限压力微重力

稀释剂对H_(2)/CH_(4)预混火焰熄灭特性影响

同方学位论文库评论

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工程热物理学报 2021年第4期42卷 1046-1052页

作者：杨协和吴玉新张扬张海吕俊复清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

掺氢天然气在稀释气体作用下的熄灭特性研究对实际燃烧设备的设计和优化具有重要的指导意义。本文利用对冲火焰法测量了掺氢天然气层流火焰在N_(2)和CO_(2)作用下的熄灭拉伸率,并采用数值模拟耦合详细化学反应机理对N_(2),CO_(2)和He的... 详细信息

掺氢天然气在稀释气体作用下的熄灭特性研究对实际燃烧设备的设计和优化具有重要的指导意义。本文利用对冲火焰法测量了掺氢天然气层流火焰在N_(2)和CO_(2)作用下的熄灭拉伸率,并采用数值模拟耦合详细化学反应机理对N_(2),CO_(2)和He的稀释剂效应展开研究。结果表明,Li、GRI Mech 3.0和FFCM-1机理均能定性反映燃料熄灭拉伸率随当量比的变化规律,且FFCM-1机理综合预测精度最高。实验和模拟发现,不同稀释剂气体对掺氢天然气熄灭拉伸率降低幅度满足:He熄灭特性起作用。He则能显著改变燃料混合物的平均摩尔质量,从而改变体系中重要反应物和自由基的扩散特性,从扩散效应方面影响火焰的熄灭特性。

关键词：氢气甲烷稀释剂熄灭极限

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微喷管氢气非预混射流火焰燃烧特性

化工学报 2016年第7期67卷 2724-2731页

作者：张京李星杨浩林蒋利桥汪小憨赵黛青中国科学院广州能源研究所广东广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广东广州510640

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度... 详细信息

采用考虑详细化学反应机理的数值计算,对空气伴流中微圆管氢气非预混射流火焰进行了研究。不同流速下火焰OH基元分布数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:当微圆管内径保持不变时,随着燃料速度减小,火焰最高温度逐渐降低。当燃料速度接近熄灭极限速度时,火焰最高温度开始急剧下降;微圆管氢气非预混射流火焰存在最小流速对应的熄灭极限;随着管壁材料热导率降低,火焰中心轴线上的最高温度逐渐升高,喷口处壁面温度也升高;管壁材料热导率对火焰熄灭极限速度影响不显著。

关键词：微喷管非预混火焰氢热传导熄灭极限数值模拟

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微喷管甲烷非预混射流火焰燃烧特性实验研究

工程热物理学报 2016年第4期37卷 907-911页

作者：李星张京杨浩林蒋利桥汪小憨赵黛青中国科学院广州能源研究所广州510640

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭... 详细信息

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭流速及吹熄极限,并与常规尺度(管内径2 mm)非预混射流火焰进行了对比。研究表明微喷管射流火焰只有层流火焰一种形态;微喷管射流火焰高度主要取决于燃料流速而不受外部伴流速度影响;微喷管射流火焰的吹熄极限随伴流速度先增加后减小,而微射流火焰的最小熄灭流速受伴流空气速度影响较小,随管径减小微喷管射流火焰的可燃范围急剧减小。

关键词：微喷管非预混射流火焰火焰高度熄灭极限吹熄极限可燃范围

H_2/CO/空气贫燃预混火焰的临界熄灭条件研究

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工程热物理学报 2016年第1期37卷 222-225页

作者：张扬张海清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

通过详细数值计算在较宽H_2/CO比范围内研究了H_2/CO/空气贫燃层流预混对冲火焰的熄灭极限。结果表明:H_2/CO/空气预混火焰的熄灭拉伸率随当量比和燃料H_2含量的增加而增加。分析发现主要分支反应和主要终止反应的平衡和竞争是火焰熄灭... 详细信息

通过详细数值计算在较宽H_2/CO比范围内研究了H_2/CO/空气贫燃层流预混对冲火焰的熄灭极限。结果表明:H_2/CO/空气预混火焰的熄灭拉伸率随当量比和燃料H_2含量的增加而增加。分析发现主要分支反应和主要终止反应的平衡和竞争是火焰熄灭的决定性因素,对于组分确定的合成气,引入火焰面上主要分支反应的反应速率ω_B与主要终止反应的反应速率ω_T的对数比值β=ln(ω_T)/ln(ω_B)作为火焰熄灭指数,熄灭时刻所有当量比火焰的β趋近一个常数β_(ext),β_(ext)为临界熄灭指数。β随着拉伸率的增加而增加,当β=β_(ext)时,火焰熄灭。β_(ext)略大于1,随着H_2含量的增加逐渐减小并趋近于1。

关键词：合成气预混气体熄灭极限化学动力学熄灭指数

异十六烷和十氢萘的非预混火焰熄灭特性的实验研究

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工程热物理学报 2014年第4期35卷 806-808页

作者：李博张海 Fokion N Egolfopoulos 清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 Department of Aerospace and Mechanical Engineering University of Southern California

在常压和初始温度443 K的条件下,使用对冲火焰技术实验研究了异十六烷和十氢萘非预混火焰的熄灭特性,测得其熄灭极限K_(ext),并与正十六烷/氮气的K_(ext)进行了对比。实验结果表明,随着燃料侧燃料质量分数的增加,异十六烷/氮气和十氢萘... 详细信息

在常压和初始温度443 K的条件下,使用对冲火焰技术实验研究了异十六烷和十氢萘非预混火焰的熄灭特性,测得其熄灭极限K_(ext),并与正十六烷/氮气的K_(ext)进行了对比。实验结果表明,随着燃料侧燃料质量分数的增加,异十六烷/氮气和十氢萘/氮气的K_(ext)增大,异十六烷/氮气的K_(ext)低于相同燃料浓度的正十六烷/氮气的K_(ext),分析表明,这主要是由于异十六烷在氧化过程中产生了稳定不易分解的产物所致。

关键词：异十六烷十氢萘非预混火焰熄灭极限对冲火焰