湍流射流扩散火焰驻定的实验研究

摘要

实验研究湍流射流火焰驻定时抬举高度的变化不仅有助于增进对湍流燃烧的理解而且能够促进工业燃烧室的设计与改造。实验中设计加工了轴对称伴流射流燃烧器模拟实际燃烧室中湍流射流火焰驻定，该燃烧器能够为射流火焰驻定的研究提供实际燃烧室中稀释射流燃料、高温产物回流、空气伴流（常温、高温）等环境条件。在该平台上，研究湍流稀释射流火焰抬举高度和火焰起抬/吹熄临界速度随不同射流速度、稀释程度的变化，常温空气伴流速度对中心射流火焰的抬举高度的影响及高温燃烧产物伴流对射流火焰的影响。
　　实验结果表明湍流自由射流火焰抬举高度随射流速度呈线性增长;随氮气稀释摩尔分数的增大，抬举高度与射流速度的线性斜率增大;氮气稀释射流燃烧随氮气稀释中燃料摩尔分数的增加，火焰难以发生起抬喷嘴和吹熄，在较大雷诺数时火焰才会发生起抬/吹熄。常温空气伴流射流燃烧，火焰抬举高度随伴流速度的增大而增加，当伴流速度小于0.3m/s时对抬举高度的增加较小，当大于0.3m/s时，抬举高度随伴流速度呈线性增长;在射流速度大于20m/s时，伴流对抬举火焰高度的影响降低。比较伴流和稀释对射流火焰抬举高度的影响，当射流速度小于30m/s时，抬举高度对稀释的影响更敏感;而当射流速度大于30m/s时，伴流速度的变化对抬举高度的影响更大。预混燃烧产物高温伴流能够为射流燃烧提供径向距离50mm，轴向距离45d，伴流温度1300K-1500K，低氧浓度(4.58％)的稳定燃烧环境;高温燃烧产物伴流时，射流燃烧将由于出口燃料被预热至燃料着火点以上，高温预混燃烧产物伴流温度远远超过燃料着火点，使得射流燃料附着在喷嘴管壁上燃烧，当射流雷诺数很大时火焰会有轻微的抬起，但射流火焰在常温常压下不会发生吹熄现象。