预混火焰

摘要： 为了响应国家提出的“双碳”目标,可以对当量比进行监控来实现燃料的高效率燃烧。研究表明碳氢火焰的当量比与其燃烧时的火焰自由基有密切的联系,火焰图像中B图层与G图层的比值和自由基中CH^(∗)与C_(2)^(∗)的比值也有相似的变化趋势,故可利用B/G-CH^(∗)/C_(2)^(∗)-当量比之间的变化关系来实现当量比的软测量。由于图像边缘区域存在的“颜色厚度”会对软测量模型造成影响,故采用了Abel逆变换对颜色厚度进行消除。对不同工况下的丙烷火焰和甲烷火焰进行研究,初步得出针对含碳量较低的燃料,Abel逆变换对B/G值-当量比软测量模型的优化效果更显著。此外,选取6种不同的Abel逆变换算法进行实验对比,最后证明了direct法在软测量模型中的优化效果最好。

摘要： 基于当量比为1.79且最高火焰温度为1 829 K的预混合丙烯火焰,研究了燃料掺混对碳烟生成的影响以及协同效应.分别将5％、20％、40％摩尔分数的甲烷混合到丙烯中,形成具有相同当量比和最高火焰温度的预混火焰.使用微孔探针采样技术和扫描电迁移率粒径谱仪,在燃烧器稳定滞止火焰中测量了碳烟粒径分布.研究发现,掺混甲烷后的火焰生成碳烟颗粒粒径仍旧呈现双峰性分布;但随甲烷掺混率增加,双峰性减弱,颗粒生长速率减弱,碳烟体积分数也迅速减小.在所研究的试验工况下,丙烯与甲烷在碳烟生成方面不仅没有协同效应,而且甲烷的添加降低了碳烟颗粒的生长速度和碳烟生成总量.

摘要： 针对稀燃预混火焰的吹熄问题,运用高速PLIF技术实现了天然气稀燃火焰从薄火焰面区到破碎区的火焰内部结构可视化,提供了在高湍流强度下稀燃预混火焰的重要数据.结合LDV测量得到的流场信息和提取出反应区面积等参数,发现了湍流对火焰反应层的两方面影响.一方面是通过增加反应区面积增强了燃烧强度,另一方面高强度的剪切拉伸导致反应层出现局部淬熄.在一定范围内,湍流对反应的增强作用占主导,从而能够通过增加剪切作用增强射流火焰的稳定性.当湍流强度超过一定值,火焰进入破碎区,小涡尺度与化学反应尺度相当,火焰出现大量局部淬熄现象,从而导致整体吹熄.

摘要： 为了初步探究直流电场对氨/碳氢混合燃料燃烧特性的影响,在定容燃烧弹台架上开展正、负直流电场对甲烷/氨/空气预混层流火焰传播特性影响的研究.实验分为两部分:在常温常压条件下,保持过量空气系数不变,改变甲烷/氨混合气中氨的掺混比,对不同配比的甲烷/氨/空气混合气分别加载正、负直流电场;保持氨在甲烷/氨混合气中的掺混比不变,对不同过量空气系数的甲烷/氨/空气混合气分别加载正、负直流电场.实验处理后得到各工况下火焰传播发展图像、平均火焰传播速度、速度提高率、完全燃烧时间和完全燃烧时间提前率.结果表明:负直流电场比正直流电场促进火焰传播效果略强,负直流电场对火焰的拉伸近似为圆角矩形而正直流电场近似为梭形,且拉伸效果随氨的掺混比增加以及过量空气系数的增大而增强;正、负直流电场能够加快火焰传播速度,缩短完全燃烧时间,且促进效果随着电压增大而增加;两种电场的促进效果都会随着氨掺混比增加和过量空气系数的增大而增强.本实验说明,高压直流电场对促进氨/碳氢混合燃料的稀薄燃烧有明显提升作用.

摘要： 将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH3火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点.为了解NH3作为燃料的燃烧特性,对含NH3燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性.采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH3/CH4/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH3/H2/air、NH3/air精度适中,计算时间较短.此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH3燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究.研究发现:含NH3燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O2分子的消耗而生成,主要通过与NHi(i=0,1,2)自由基反应消耗;含NH3燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH3的含NH3燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放.

摘要： 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.

摘要： 为了研究钝体火焰稳定器后方尾流的动力学特性,采用IDDES湍流模型与FGM燃烧模型相结合的方法,针对Volvo钝体稳定预混火焰试验构型的冷态与燃烧工况,进行了非定常数值模拟,对比了冷态与热态流场的差异,并分析了当量比对热态流场尾流特性的影响。将数值模拟结果与实验数据进行对比,吻合良好,说明采用的湍流与燃烧模型能够准确地描述流场特征。研究结果表明,在冷态工况的钝体尾流中,存在K⁃H与BVK两种流动不稳定性;在热态流场中,火焰锋面释热导致的气体膨胀与斜压效应削弱了钝体后方涡量的生成,对剪切层中涡结构的卷起过程起到了稳定作用;来流预混可燃气的当量比越高,尾流中BVK不稳定性受到的抑制作用就越强。

摘要： 针对流场的纹影图像测速算法,提出数据守恒项的修正形式,讨论了由于权重系数取值不当产生的2种错误,并分析了其表现形式和产生的原因。对修正前后的算法进行了比较,计算结果表明修正后的算法局部残差减小、计算收敛性增强、更不容易发生过度平滑。基于修正的算法,统计了不同权重系数取值对应计算结果的分布区间。将修正的算法应用于不同强度纵向声波扰动下的预混火焰流场纹影图像的速度场计算,发现火焰流场速度周期性波动的幅值随着扰动强度的增加而增加。

摘要： 本文采用包含自由基链分支反应和链终止反应的两步化学反应模型,对管道内准一维预混火焰传播进行了理论分析.通过大活化能渐进理论分析获得了描述预混火焰传播速度的解析表达式,并在此基础上分析链分支吸热反应对预混火焰传播的影响.研究结果表明,在均匀壁面温度情况下,吸热反应会降低自由基组分质量分数,降低层流火焰速度,从而增强热熄火和自由基熄火效应,减小可燃极限.在微流燃烧器中,由于壁面温度分布的非均匀性,吸热反应还会使火焰面位置向下游偏移.

摘要： 为验证动态二阶矩模型(DSOM)对预混火焰的适用性,本文对悉尼值班预混射流火焰进行大涡模拟研究,模拟得到的温度、速度、组分质量分数与实验数据吻合较好.研究结果表明,燃料在主射流和引燃气的剪切层附近发生化学反应,形成驻定火焰,并在湍流影响下,在下游发生拉伸和扭曲,形成“袋状”结构火焰;甲烷四步化学反应机理对悉尼值班预混射流火焰模拟精度存在一定影响,需采用更详细的机理.

摘要： 本文采用数值模拟的方法研究了CH4在O2/CO2气氛下的湍流预混火焰特性.结果表明:O2浓度的增加提高了湍流预混火焰的火焰温度、流动速度和湍动能.CH4在O2/CO2气氛中O2浓度35％工况下的火焰温度分布与空气气氛下的火焰温度分布接近.在化学当量比小于等于1.0的工况下,化学当量比的增加提高了湍流预混火焰的火焰温度、流动速度和湍动能;在化学当量比大于1.0的工况下,混合气的火焰特性与化学当量比为1.0工况下的火焰特性接近.

摘要： 激波与火焰的相互作用过程在自然界(超新星爆炸)和工程实际(超燃冲压、爆炸灾害)中十分常见,研究这种相互作用过程具有重要的意义.从物理过程来看,激波与预混火焰界面的相互作用过程属于反应性Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定现象,其中涉及到的主要时间尺度包括RM不稳定流动时间尺度(τRM)和化学反应时间尺度(τc),这两种时间尺度的变化反映了RM不稳定过程的发展.本文采用高精度计算格式和单步化学反应模型,对激波及其反射激波与预混火焰界面多次相互作用的过程进行了数值模拟,在数值计算结果的基础上提出了确定上述两种时间尺度的方法,考察了不同入射激波强度和预混火焰界面初始形态(界面扰动振幅以及扰动模态)等因素对两种时间尺度变化的影响规律.根据时间尺度变化,提出了用于表征反应性RM不稳定的等效参数τRM/τc,并将不同条件下该参数与化学反应放热率进行了关联,结果表明,在所有计算条件下得到的时间尺度等效参数与化学反应放热具有很好的相关性.这一规律表明,本文提出的时间尺度等效参数不依赖于激波与火焰相互作用的初始参数(如激波强度、火焰界面特性等),是一个能反映反应性RM不稳定过程木质特性的重要参数.

摘要： 以在旋转封闭圆管中的预混火焰为例,采用理论推导的方法研究了高离心力场中离心加速度(0-1500g)对预混火焰传播性能的影响.建立火焰反应区一维预混火焰模型,采用对简化控制方程组积分的方法,对预混火焰在封闭圆管中的传播速度进行了理论预测.理论预测结果与已有实验结果相符合.研究结果表明离心力对火焰速度促进作用表现为:火焰传播速度与离心加速度的二次方根成正比.进一步的理论分析发现旋转封闭圆管中的火焰传播速度由未燃混气温度、临界着火温度、绝热火焰温度和反应区厚度决定,并与未燃混气温度及反应区厚度二次方根近似呈线性增大关系,与临界着火温度和绝热火焰温度呈线性减小关系.

摘要： 通过详细数值计算在较宽H2/CO比范围内研究了H2/CO/Air贫燃层流预混对冲火焰的熄灭极限.结果表明:H2/CO/Air预混火焰的熄灭拉伸率随当量比和燃料H2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ωB与主要终止反应的反应速率ωT的对数比值β=ln(ωT)/ln(ωB)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βext,βext为临界熄灭指数.β随着拉伸率的增加而增加,当β=βext时,火焰熄灭.βext略大于1,随着H2含量的增加逐渐减小并趋近于1.

摘要： 用钝体驻定火焰，在冲压发动机和燃气喷气发动机的加力燃烧室中有着广泛的应用。采用涡耗散概念(EDC)燃烧模型,大涡模拟(LES)湍流模型对三角形钝体火焰稳定器顶角变化对预混火焰燃烧特性的影响进行了计算研究.对冷态和热态的计算结果比较和分析:随着钝体顶角α的增加,钝体后方的冷态回流区变大,但是阻力损失也较大;钝体后燃烧火焰“颈部”随着顶角的增加而变宽并且有较小幅度的后移,整体火焰温度下降,降低NOx排放,但却牺牲了火焰稳定性;计算了不同钝体张角α下的贫燃熄火极限当量比,并分析说明了钝体顶角α=60°在贫燃熄火极限的瞬态流场及熄火过程.

摘要： 针对薄反应区状态湍流预混火焰,本文采用含湍流扩散的低维火焰理论和方法研究小尺度湍流对火焰面中生成的影响。计算采用了包含53种组分的GRI-Mech3.0机理,并考虑了不同压力、当量比、及未燃混合物温度条件下,不同湍流强度对预混火焰锋面中生成的影响。结果显示由湍流小尺度引起的火焰面增厚及火焰结构变化,最大可使火焰面内生成增加50％以上。在此研究基础上,本研究通过一维预混火焰计算得到的火焰锋面质量分数、平衡状态质量分数以及氧化时间尺度,构建了一种基于小火焰模型的湍流贫燃料预混火焰排放的预测方法。

摘要： 本文采用稳定滞止火焰小孔采样结合扫描电迁移率粒径谱仪的实验方法,以正庚烷和甲基环己烷为试验燃料,在不同火焰高度上定量测量其碳烟颗粒粒径分布,探究碳氢燃料中脂肪链结构和脂肪环结构对燃料成烟特性的影响.试验中均保持预混合反应气碳氧比为0.6,最高火焰温度为1830K左右.定性来看,正庚烷和甲基环己烷与乙烯的颗粒粒径分布发展规律是相似的,粒径分布从只有核膜态的单峰分布到核膜态和凝聚态竞争共存的双峰分布.定量来看,相对于小分子基础燃料(乙烯、丙烯),正庚烷和甲基环己烷的成烟具有持续成核和快速生长的特性.实验结果表明,脂肪碳环结构相对直碳链结构,在碳烟生成特性方面区别不大.

摘要： 研究燃料(氢气、甲烷)、氧化剂(氧气和氮气混合物,氧气体积分数为15、20.6、25％,N2O)、氟化试剂(CHF3、C2HF5、C4F1o)在密闭容器中的燃烧性质.测试不同浓度的燃料和氟化试剂的可燃度极限、最大爆炸压力pmax,最大压力增加率(dp/dt)max和层流燃烧速率Su.研究氟化试剂的作用.这些试剂可以同时抑制和促进火焰传播.这一效应取决于燃料和氟化试剂的浓度.本研究将定性阐明实验结果.

摘要： 本发明公开了一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其半预混通道的上游设置为收敛通道，采用外环收敛内环扩张的形式，该结构形式可对来流进行加速从而减少燃烧室回火危险；半预混通道的下游设置为下游外环扩张结构，可保证火焰面外扩留给回流区足够空间；中心体设置为轴向扩张形式可降低回火危险；在扩张的中心体端头采用内凹的曲面形状来保证不会产生向下游发展的回流区，而只有在火焰和椭圆形之间的一个回流区。

摘要： 本发明公开了一种预混燃烧室的火焰前头部半预混通道结构，其半预混通道的上游设置为收敛通道，采用外环收敛内环扩张的形式，该结构形式可对来流进行加速从而减少燃烧室回火危险；半预混通道的下游设置为下游外环扩张结构，可保证火焰面外扩留给回流区足够空间；中心体设置为轴向扩张形式可降低回火危险；在扩张的中心体端头采用内凹的曲面形状来保证不会产生向下游发展的回流区，而只有在火焰和椭圆形之间的一个回流区。

摘要： 本发明提供一种预混预蒸发式火焰稳定器，其包括：导流环、内稳定器、外稳定器、值班喷油装置以及充填喷油装置。内稳定器的前侧壁与外稳定器的前侧壁之间形成第一气流通道，内稳定器与外稳定器之间形成从第一气流通道连通至内稳定器的轴向后方的第二气流通道。本发明通过第一气流通道引入内涵高温气流，实现对值班供油的预混预蒸发，再利用第二气流通道将高温的油气混合物引入外涵通道，实现对充填供油的燃烧组织。由此，本发明能够适应涵道比变化范围较大的应用场景，降低在加力燃烧室在小涵道比工作模式下的流动损失，提高发动机的工作性能；并且本发明的火焰稳定器的结构更加紧凑，能够有效减少加力燃烧室的总体质量，提高发动机性能。

摘要： 本实用新型公开了一种可预混带扰流结构的火焰稳定器，涉及稳定器技术领域，包括外壳和连接法兰，所述天然气接头的外侧固定连接有点火机构，且点火机构贯穿天然气接头到内部安装在稳焰盘上，所述外壳的内部固定安装有天然气输送机构，所述天然气输送机构一端安装在稳焰盘上，且另一端与天然气接头固定连接，所述喷管的前端安装有调节机构，所述调节机构包括连接环、连接头、连接筒和加速槽，所述连接环固定连接在喷管的前端，且连接筒通过连接头固定连接在连接环上；本实用新型提供，通过调节机构，可根据使用者对不同装置加热，安装不同口径的连接筒，调节喷射火焰的范围，方便对不同装置加热，解决了无法根据实际情况调节火焰喷出的范围的问题。

摘要： 一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器，其特征是它包括双重配风的延迟预混燃烧器和中心二次风结构，延迟预混燃烧器的烧嘴出口的预混可燃气在中心二次风的作用下呈现中心浓、外围淡的非均匀浓度分布；中心浓是指燃料气多，局部当量比更接近1，外围淡是指燃料气少，局部当量比更偏离1。本实用新型实现了高强短火焰低氮燃烧，功率通过烧嘴组合灵活配置，且在线方便可调燃烧状态，实现所需的稳定燃烧和污染物排放指标。其双重延迟预混结合高强短火焰特征，在过量空气系数允许较高(1.1~1.6)的场合，特别适合实现稳定燃烧下的超低NOx排放。

摘要： 本发明公开了一种预混火焰合成铁酸锌球形纳米材料的方法。所述方法采用Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O作为前驱物，通过调节载气、可燃气、氧气的预混气体流量以及调节基板与喷口距离来形成稳定的高温平面火焰，利用载气将雾化的前驱体带入形成的高温火焰面，最终成功制备ZnFe2O4球形纳米材料。本发明操作步骤简单，成本低廉，一步快速合成，产物的重现性好，制备得到的产物结晶度良好且没有杂质相的存在，产物形貌为分散均匀的球形颗粒，颗粒尺寸为300～400nm，由大量粒径在10nm左右的小颗粒组装而成。

摘要： 本发明公开了一种基于气体引射器的高速预混射流火焰燃烧增强装置，包括壳体，所述壳体内设有依次连通的收缩腔、第一等直腔、扩张腔与第二等直腔。该火焰燃烧增强装置利用高速射流火焰的气体引射作用抽吸外界空气，并强迫被引射气流与中心高速燃气掺混，从而可以提高射流火焰区的燃烧效率，在高速射流预混火焰全流段实现燃烧增强，并且可以通过空间限制作用完成射流燃烧放热的聚焦。同时，由于气体引射作用，该燃烧增强器能够做到自适应冷却，可在高温射流火焰周围工作较长时间。

摘要： 本发明提供了一种预混火焰筒进气结构，火焰筒前段的一部分气流通过侧面的引流板孔隙进入预混段之前的扩张型气流通道中，有效地降低了气流径向速度，气流与喷油通道所喷出的燃油在预混段内相互掺混，经过旋流器的作用使得雾化油滴在气流中分布均匀再供给到燃烧区域点火燃烧。本发明改变了普通火焰筒的进气段位置以及形状，在进气口增设了限流板用来控制进气流量以及气流径向速度，在燃油喷嘴后设计了预混段使燃油与空气在点火前完成掺混，此外尾部的旋流器可以提高雾化油滴在气流中分布的均匀度，可实现更稳定的点火和燃烧，减少污染物的生成并降低耗油率提高经济性。

摘要： 本发明提供了一种非预混火焰消烟的精确配风方法，包括如下步骤：将空气喷嘴喷出的空气射流与燃料气喷嘴喷出的燃料气射流在燃料气射流燃烧未充分发展之前进行混合，混合位置的特征是两路射流中心线的交点在燃料气射流核心区的尾部区域；其中，所述空气射流用于提供消除燃烧过程中黑烟前驱体产生所需的缺氧/无氧环境，燃料气燃烧、燃尽所需的其他空气由对流夹带周边空气获得。本发明提出的“精确配风”方法，在火焰碳烟前驱体未大量产生时，破坏火焰中前驱体产生的必要缺氧环境，减少、抑制碳烟前驱体的产生，进而达到了减少助燃空气消耗、提升助燃效率的目的。

摘要： 本发明公开了一种双腔式预混火焰加速装置，包括底座、设置在底座上的双腔式管道以及分别连接在所述双腔式管道上的预混组件、吹灰组件以及点火器；双腔式管道包括外腔以及位于外腔内部且与外腔同轴设置的内腔，内腔上开设有与外腔相连通的通孔，且外腔与内腔位于双腔式管道的同一壁面。其结构可靠，使用性能好，通过双腔式管道的外腔和内腔结构以及通孔的连接通道，通孔的存在保证火焰在触壁时不会发生持续性的熄灭，随后内腔的火焰也可以引燃通孔内的未燃气体，有效的延迟燃烧使外腔持续对内腔提供新鲜反应物，对火焰传播具有促进作用，实现超快火焰加速和持续呈指数形式加速，产生高压波，促进火焰传播过程由爆燃向爆震的转变，提高燃烧效果。