富燃氢气-空气湍流预混燃烧特性实验研究

摘要

面对化石能源的巨大需求以及日益恶劣的自然环境，氢能作为清净代用能源而备受关注，以氢气作为燃烧动力设备的燃料是十分理想的氢能利用途径。湍流氛围中富燃氢气-空气预混合气火焰传播速度较快，并且由于氧气的缺失NOx的生成量较低，十分符合车用内燃机对于高动力，高转速，低排放的追求。因此开展湍流氛围中富燃氢气-空气预混燃烧特性的研究对指导氢燃料内燃机设计具有弥足甚远的意义。
　　湍流预混火焰燃烧特性的基础研究工作由来已久，但因在湍流环境中燃烧的复杂性，对其研究大多停留在现象学的解释和对所获得的火焰图像进行简单测量上。故而，有关对湍流预混火焰燃烧特性深层次的理论分析有所缺失。立足于时代背景，着眼于湍流预混火焰这一科学问题，本文对不同压力、湍流强度和燃空当量比下氢气-空气湍流预混燃烧特性开展基础性研究工作。本文的主要研究内容如下:
　　首先，对定容燃烧实验系统进行改进。改变了纹影-高速摄影系统的拍摄方式，采用像素增益技术提高了获取火焰图像质量。并且自主开发图形处理软件，对获得的富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰图像进行基本信息的提取以及相关参数计算。
　　其次，研究了湍流预混燃烧火焰结构特性的影响因素，对湍流与火焰结构之间的相互作用进行了详尽的分析。并针对不同压力、湍流强度和燃空当量比下氢气-空气湍流预混燃烧火焰结构特性进行了对比研究。对火焰结构特性特征参数褶皱因子和拉伸率的变化规律和影响因素进行了定量分析。
　　并同时开展了关于湍流预混火焰传播特性的相关研究，分析湍流预混火焰传播特性的影响因素和变化规律。对不同初始条件下，富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰传播速度和无拉伸火焰传播速度随火焰投影面积折算半径的变化规律及影响因素进行了详尽的分析，解释了湍流流动对氢气-空气预混燃烧火焰传播特性的影响机制。
　　最终，对富燃氢气-空气湍流预混燃烧过程中的爆炸特性进行了研究，并对不同湍流强度和燃空当量比下的爆炸压力，最大爆炸压力，压力升高率，快速燃烧期等爆炸特征参数进行了详细的研究。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 湍流预混燃烧的国内外研究现状

1．2．1 湍流预混火焰结构特性研究现状

1．2．2 湍流预混火焰传播特性研究现状

1．2．3 湍流预混燃烧爆炸特性研究现状

1．3 主要研究内容

2 燃烧测试系统的构建

2．1 湍流燃烧实验系统介绍

2．2 湍流尺度及湍流强度计算

2．2．1 湍流尺度

2．2．1 湍流强度计算

2．3 光学测量方法及数据处理方法

2．4 本章小结

3 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰结构特性研究

3．1．1 研究火焰结构特性的意义

3．1．2 湍流条件下火焰结构的变化规律及影响因素

3．1．3 火焰结构的变化对火焰的影响

3．2 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰结构演变过程

3．3 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰褶皱因子的研究

3．4 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰整体拉伸率的研究

3．5 本章小结

4 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰传播特性研究

4．1 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰传播特性导论

4．2 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰传播演变过程

4．3 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰传播速度的研究

4．4 富燃氢气-空气湍流预混燃烧火焰无拉伸传播速度的研究

4．5 本章小结

5 富燃氢气-空气湍流预混燃烧爆炸特性研究

5．1 富燃氢气-空气湍流预混燃烧爆炸特性变化过程

5．2 爆炸压力、最大爆炸压力和爆炸持续期的变化过程

5．3 压力升高率、最大压力升高率和快速爆炸持续期的变化过程

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简介

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