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推进技术 2016年第5期37卷 807-814页

作者：崔雨辰李超高忠权吴筱敏西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 陕西理工学院陕西汉中723001

为比较不同频率的低频和高频交流电场在辅助燃烧方面的作用,在定容燃烧弹中对交流电场作用下的甲烷/空气预混贫燃火焰的燃烧特性进行了研究,分析了不同频率的低频和高频交流电场对火焰传播速度和燃烧压力的影响。结果表明:交流电场作用... 详细信息

为比较不同频率的低频和高频交流电场在辅助燃烧方面的作用,在定容燃烧弹中对交流电场作用下的甲烷/空气预混贫燃火焰的燃烧特性进行了研究,分析了不同频率的低频和高频交流电场对火焰传播速度和燃烧压力的影响。结果表明:交流电场作用下,火焰在水平方向被拉伸,且拉伸幅度随着频率的不同而有所差异。低频交流电场作用下,平均火焰传播速度和燃烧压力均随着频率的减小而增大,而对于高频交流电场,其规律则相反。与未加载电压相比,当过量空气系数α=1.6,加载电压有效值U=5k V,频率f=40Hz,60Hz,80Hz,100Hz,10k Hz,15k Hz,20k Hz,25k Hz时,平均火焰传播速度分别提高72.41%,55.17%,48.28%,39.66%,62.07%,70.69%,81.03%,87.93%,相对燃烧压力增大率的最大值分别为0.65,0.58,0.48,0.28,0.29,0.51,0.67,0.86。研究表明,高频交流电场在电场助燃方面比低频交流电场更有优势。

关键词：交流电场频率贫燃球形膨胀火焰火焰传播速度燃烧压力

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直流电场对不同初始压力球形膨胀火焰的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第10期51卷 2959-2968页

作者：卢矍然高忠权西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为研究不同初始压力下直流电场对燃烧的影响机理,在常温、初始压力为0.1~0.5 MPa条件下,在定容燃烧弹中对直流电场作用下的甲烷/空气球形膨胀火焰的燃烧特性进行研究,分析不同初始压力下直流电场对火焰传播速度和燃烧压力的影响。研究... 详细信息

为研究不同初始压力下直流电场对燃烧的影响机理,在常温、初始压力为0.1~0.5 MPa条件下,在定容燃烧弹中对直流电场作用下的甲烷/空气球形膨胀火焰的燃烧特性进行研究,分析不同初始压力下直流电场对火焰传播速度和燃烧压力的影响。研究结果表明:施加电场后,火焰在水平方向上发生明显形变,随着施加电压的增大,火焰形变、火焰传播速度、压力峰值、火焰面褶皱系数均增大,在高初始压力下,这种现象更加明显,火焰不稳定性明显增强;施加电压后,电体积力随着初始压力的增大而增大,火焰传播速度增大率、压力峰值增大率与电体积力密切相关;火焰传播速度增大率、压力峰值增大率、火焰面褶皱系数与负离子风发展程度ξ的相关性系数分别为0.992,0.991和0.991,说明正是由于ξ不同导致正直流电场对火焰作用不同。

关键词：正直流电场球形膨胀火焰电体积力负离子风发展程度离子风效应

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富氢燃烧球形膨胀火焰不稳定性与胞状化特性研究

富氢燃烧球形膨胀火焰不稳定性与胞状化特性研究

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作者：陈雪阳华中科技大学

学位级别：硕士

氢气球形膨胀火焰一直是燃烧研究领域非常重要的研究方向,研究氢气球形膨胀火焰则因为氢气自身热值高、清洁环保等优点更具现实意义。大量研究发现,氢气球形膨胀火焰在发展到一定尺度之后,其表面会逐渐产生胞状化裂纹,当胞状化裂纹布满... 详细信息

氢气球形膨胀火焰一直是燃烧研究领域非常重要的研究方向,研究氢气球形膨胀火焰则因为氢气自身热值高、清洁环保等优点更具现实意义。大量研究发现,氢气球形膨胀火焰在发展到一定尺度之后,其表面会逐渐产生胞状化裂纹,当胞状化裂纹布满火焰表面时火焰会发生整体失稳,其后火焰速度增长趋势会明显加快,同时火焰表面胞状化程度明显提高,一段时间后火焰表面胞状化程度与火焰速度增长趋势均趋缓。对于氢气球形膨胀火焰的研究多集中于稀氢燃烧条件下,为了更全面的研究氢气球形膨胀火焰,本文研究了富氢燃烧条件(Le>1)下氢气球形膨胀火焰的不稳定性与胞状化特性,并探索了上述规律与稀氢燃烧条件下有何差别。针对之前研究较少定量评价氢气球形膨胀火焰不稳定性与胞状化特性的情况,本文使用图像识别程序识别了氢气球形膨胀火焰轮廓以及表面裂纹,同时变动当量比与初始压力,使用火焰速度、临界胞状化半径、火焰表面裂纹总长度和平均火焰细胞半径等一系列指标互相结合分析了氢气球形膨胀火焰的典型发展过程,并探究了在富氢燃烧条件下,氢气球形膨胀火焰在不同当量比(1.0、1.2、1.4、1.6)和初始压力(5bar、8bar、10bar、12bar)下不稳定性与胞状化特性有何变化。试验结果表明,在富氢燃烧条件下,氢气球形膨胀火焰失稳时刻显著晚于稀氢燃烧时,且火焰速度曲线在自加速之后能明显观察到振荡现象,而稀氢燃烧条件下并不能观察到振荡现象。氢气球形膨胀火焰是否发生失稳会明显影响到其火焰速度,全程未失稳氢气球形膨胀火焰平均火焰速度远小于失稳氢气球形膨胀火焰速度,且其火焰速度全程缓慢增加并无自加速以及振荡阶段;增大当量比能明显抑制氢气球形膨胀火焰失稳,火焰表面裂纹总长度减少,平均火焰细胞半径明显增大,在当量比大于1.2时还使火焰速度减慢;增大初始压力能明显促进氢气球形膨胀火焰失稳,火焰表面裂纹总长度增加,平均火焰细胞半径明显减小,并使火焰速度单调增大;而在临界胞状化半径R时的Peclet数仅随当量比变化,与初始压力无关。

关键词：球形膨胀火焰富氢燃烧失稳胞状化

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考虑点火电极影响的球形膨胀火焰半径计算方法的研究

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作者：符鑫西华大学

学位级别：硕士

火焰传播半径的计算精度直接影响层流燃烧特性中重要参数的研究,而点火电极对球形膨胀火焰传播半径的准确性测量有很大的影响。因此,如何提高火焰传播半径的计算精度成了关键。本文针对点火电极这一影响因素,提出一种考虑点火电极影响... 详细信息

火焰传播半径的计算精度直接影响层流燃烧特性中重要参数的研究,而点火电极对球形膨胀火焰传播半径的准确性测量有很大的影响。因此,如何提高火焰传播半径的计算精度成了关键。本文针对点火电极这一影响因素,提出一种考虑点火电极影响的火焰半径计算方法(HanⅡ方法),根据点火电极影响角度占比分析该火焰半径计算方法的适应性,然后建立火焰半径的评价体系,用以评价去除点火电极影响角度前后的优化程度。首先,采用HanⅡ方法计算出来的点火电极影响的角度占比表现为“高值区”、“缓变区”和“陡变区”,研究表明:点火电极影响的角度占比仅适合于纹影图片呈现上凸或者下凹分布的“缓变区”火焰发展时刻。其次,分析HanⅡ方法在火焰发展历程下的优化性。研究表明:点火电极附近呈现上凸(初始温度为323 K,初始压力为0.3 MPa,当量比为1.0,稀释率为0%)或者下凹(初始温度为423 K,初始压力为0.2 MPa,当量比为1.1,稀释率为16%)形状分布时,点火电极影响角度占比分别为23.61%-28.89%和10.55%-27.72%;火焰半径均值优化率分别为0.4%-0.85%和0.42%-3.19%;火焰半径提取值标准偏差优化率分别为11.91%-22.1%和5.13%-17.99%;火焰半径提取值极差优化率分别为20.32%-39.51%和0.32%-8.09%。最后,分析HanⅡ方法在关键参数下的优化性。研究表明:当初始温度为323K,初始压力为0.3 MPa,当量比为1.0,稀释率为0%-8%的工况条件下,火焰半径均值为16-20 mm时,随着稀释率的增加,火焰半径均值优化率呈现减小趋势。当火焰半径均值为22-24 mm时,随着稀释率的增加,火焰半径均值优化率逐渐增大。当火焰半径均值为16-24 mm时,随着稀释率的增加,火焰半径提取值标准偏差优化率和火焰半径提取值极差优化率都是先减小后增大变化规律。当初始温度为323 K,初始压力为0.3 Mpa,稀释率为0%,当量比为0.9-1.1的工况条件下,火焰半径均值为16-24 mm时,随着当量比的增加,火焰半径均值优化率呈现逐渐减小的趋势。火焰半径提取值标准偏差优化率和火焰半径提取值极差优化率都是先增大后减小的变化规律。

关键词：球形膨胀火焰火焰传播半径评价体系点火电极计算方法

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输氢管道泄露燃气燃烧火焰不稳定性和爆炸特性的研究

输氢管道泄露燃气燃烧火焰不稳定性和爆炸特性的研究

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作者：李童江苏科技大学

学位级别：硕士

开发可再生能源,是向深海远洋设备供能和储能的关键。发展生物乙醇制氢成了最有效的方法。但是在乙醇制氢的过程中,由于乙醇具有高度的挥发性,不可避免的会混入氢气中,出现产物不纯的情况。乙醇混入氢气后势必会造成加快泄漏速率和燃烧... 详细信息

开发可再生能源,是向深海远洋设备供能和储能的关键。发展生物乙醇制氢成了最有效的方法。但是在乙醇制氢的过程中,由于乙醇具有高度的挥发性,不可避免的会混入氢气中,出现产物不纯的情况。乙醇混入氢气后势必会造成加快泄漏速率和燃烧速率、扩大可燃范围等一些问题,甚至出现爆炸的可能,安全问题在深海运氢、储氢和使用过程中尤为重要。因此,很有必要对氢气-乙醇预混燃气的燃烧特性展开研究,包括氢气-乙醇预混燃气的固有火焰不稳定性和爆炸特性,揭示层流燃烧火焰不稳定机制,加深了解新型预混燃气的爆炸特性,进行充分的风险评估具有重要意义。首先,基于定容燃烧弹实验系统,利用高速纹影成像系统记录氢气-乙醇预混燃气的球形膨胀火焰的燃烧过程。通过编写的Halcon程序,对火焰前锋轮廓识别提取等效火焰半径和实际火焰半径,研究了火焰前锋面的震荡强度,明确了在稀薄燃烧中的火焰前缘褶皱同时受热扩散不稳定性和流体动力不稳定性的影响。其次,实验研究了氢气-乙醇预混燃气在初始温度400K、初始压力2-4bar、氢气比例20%-80%以及当量比0.7-1.4的固有火焰不稳定性和细胞状结构特性。从火焰前锋面的形貌变化表明,贫氢-乙醇预混火焰锋面的细胞状结构的形成,受到流体动力学不稳定和扩散热不稳定性共同的影响,其中流体动力学不稳定影响占主导因素,而富氢-乙醇预混火焰不稳定仅受流体动力学不稳定性的影响。此外,火焰前锋面出现细胞时,火焰会变得不稳定,并且这一剧烈程度会随着初始压力和氢气比例的增加。再次,利用可变输运性质的线性稳定理论研究了氢气-乙醇预混燃气火焰不稳定特性。分别研究了氢气-乙醇预混燃气不稳定火焰的扰动增长率、临界半径和临界Peclet数。结果表明,临界半径和临界数的实验和理论变化具有一致性。在x50%时,临界半径和临界Peclet数随着当量比的增加而单调增加。另外,由于燃烧过程中普遍存在热膨胀比,流体动力学不稳定效应总是会破坏预混火焰的稳定性。热扩散不稳定阻碍了实验研究范围内当量比下的不稳定性,表现出对火焰稳定的作用。最后,实验研究并评估了氢气-乙醇预混燃气的爆炸特性。研究表明,爆炸压力峰值、最大爆炸压力上升率以及爆燃指数均随初始压力的增加而增加,但爆炸压力峰值随着氢气比例的增加而减小。随着当量比的增加,爆炸压力峰值、最大爆炸压力上升率以及爆燃指数在当量比1.2附近达到临界值(最大值或最小值)。氢气比例越高,爆炸程度加剧。同时,在很短的爆炸持续时间内,爆炸燃烧速度也就更快。另外,氢气-乙醇预混燃气在贫燃状态下的爆炸持续时间较长,而在富燃状态下的爆炸持续时间较短。这是由于火焰中物质的高能反应,初始压力和氢气比例的增加会使爆炸充满能量,质量燃烧率和火焰燃烧速度加快,从而导致爆炸产生的热量更高,爆炸压力峰值升高,爆炸持续时间减小。

关键词：氢气-乙醇预混燃气球形膨胀火焰火焰不稳定线性稳定理论爆炸特性

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