预混火焰胞状不稳定性研究
扩散-热和气体动力学不稳定性对管道中预混火焰形状的影响
扩散-热和气体动力学不稳定性对管道中预混火焰形状的影响宋占兵;丁信伟;喻健良;刘润杰
【期刊名称】《天然气工业》
【年(卷),期】2004(024)004
【摘要】研究预混火焰在圆管或平行通道中的传播,对许多工业燃烧装置或系统的安全操作和实际应用都具有重要的意义.扩散-热效应、气体动力学效应和体积力效应是造成预混火焰固有不稳定性,改变预混火焰形状和传播特性参数的重要原因.针对管道中预混火焰的扩散-热不稳定性和气体动力学不稳定性,以及网眼状火焰和郁金香状火焰的形成作了详细的阐述,揭示了火焰形状形成与不稳定性之间的密切关系,并得出了重要结论:扩散-热不稳定性和气体动力学不稳定性分别对网眼状火焰和郁金香状火焰的形成起着决定性的作用.
【总页数】4页(P97-100)
【作者】宋占兵;丁信伟;喻健良;刘润杰
【作者单位】大连理工大学化工学院;大连理工大学化工学院;大连理工大学化工学院;大连理工大学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
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5.混合过程对旋流预混火焰燃烧不稳定性影响的实验研究 [J], 赵永凯; 韦晓峰; 赵刚; 李苏辉; 朱民
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实验一 层流预混火焰稳定浓度界限测定
实验一 层流预混火焰浓度稳定界限的测定一、实验的理论基础现代工业要求尽可能高效地利用燃料，这就要求在稳定燃烧条件下，使燃料与空气以适当的比例混合燃烧。
因此对燃料燃烧特性及流体力学和热力学方面需要有详细了解。
预混可燃气燃烧时，如果预混气体的速度在火焰锋面上的法向分量大于火焰传播速度，火焰将向下游移动，最后完全熄灭，称为吹脱或吹熄。
反之，如果预混气的法向速度小于火焰传播速度，火焰将逆流向上游移动，进入燃烧器内部，即出现回火现象。
在燃烧过程中，出现回火和熄灭都是不允许的。
回火会引起爆炸。
熄灭使动力机械停止工作，并向周围扩散有毒气体，有中毒和爆炸的危险。
回火现象只能出现在预混燃烧过程中。
在扩散燃烧中，燃料和空气是分别送入燃烧室的，在燃烧器内两者并不接触，因此没有回火现象。
熄灭或吹脱现象在预混燃烧和扩散燃烧中均有可能出现。
煤气甲烷l/min ）图1-1 甲烷/空气 煤气/空气 稳定曲线要维持正常的稳定燃烧，就需要避免出现回火或熄灭现象，因而要求知道燃料的稳定燃烧范围。
这一稳定界限与燃料/空气比和环境的温度和压力有关。
图1—1是甲烷/空气煤气/空气在常温常压下预混燃烧的火焰稳定范围。
图中下部是富油燃烧区，稳定范围宽，不易回火和吹脱。
但火眼呈黄色，发光。
下面一根曲线为火焰尖顶出现黄色的界限。
图中上方为火焰吹脱熄灭界限。
当预混气处于该曲线上方时，火焰被吹脱。
左边回火界限呈斜山立形，预混气的状态处于山丘内时出现回火现象。
回火界限与预混气的空气气/燃气比有关。
当空气/燃气比接近化学计量值时，火焰传播速度快，稳定范围小，容易出现回火。
但这时燃烧效率最高。
二、实验原理本实验用一套预混火焰装置（本生灯）进行实验，既可以定性观察预混火焰的各种现象，220V图1-2实验系统图示意图图1—2为实验装置系统图，小型压气机供给压缩空气，通过一个稳压减压阀保持气压稳定。
流量由浮子流量计读数。
燃料可用丁烷气、城市煤气或石油液化气等。
由浮子流量计控制燃料流量。
混合过程对旋流预混火焰燃烧不稳定性影响的实验研究
燃烧科学与技术Journal of Combustion Science and Technology 2020，26(3)：205-211DOI 10.11715/rskxjs.R201903025收稿日期：2019-06-26．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51676110)；郑州燃气发电有限公司西门子F 级燃机燃烧优化科研项目． 作者简介：赵永凯（1994— ），男，硕士研究生，****************. 通信作者：韦晓峰，男，工程师，*****************.混合过程对旋流预混火焰燃烧不稳定性影响的实验研究赵永凯1，韦晓峰2，赵 刚2，李苏辉1，朱 民1(1. 清华大学能源与动力工程系，北京100084；2. 国家电投集团郑州燃气发电有限公司，郑州450016)摘 要：针对预混火焰燃烧振荡问题，通过改变旋流预混燃烧器的长度和气流速度，研究了混合长度、气体流速和当量比对燃烧不稳定性的影响，检验了时间延迟模型在宽时间尺度范围内的有效性，并揭示燃烧室压力脉动与燃烧器内燃料空气混合的相互作用机制，及其对燃烧模态的影响．结果表明，燃烧室内压力脉动会向上游传播，引起预混管内当量比脉动．当混合时间尺度小于临界尺度时，时间延迟模型具有一定的可行性．预混管内当量比脉动会随气体流动传至燃烧室中，进而影响燃烧过程，导致燃烧模态随混合时间增加而出现稳定-振荡的循环变化．当混合时间尺度大于临界尺度时，压力脉动向上游的扩散和当量比脉动向下游的流动传递衰减严重，燃烧处于稳定模态．该临界尺度约为c =1.5τf ．关键词：旋流火焰；燃烧不稳定；混合长度；时间延迟；放热率脉动中图分类号：TK16 文献标志码：A 文章编号：1006-8740(2020)03-0205-07Experimental Study on the Effects of Mixing Process on the CombustionInstability of Swirling Premixed FlameZhao Yongkai 1，Wei Xiaofeng 2，Zhao Gang 2，Li Suhui 1，Zhu Min 1(1. Department of Energy and Power Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ；2. Zhengzhou Gas Power Generation Co.，Ltd ，State Power Investment Co.，Ltd ，Zhengzhou 450016，China )Abstract ：Focusing on the problem of premixed combustion instability ，the effects of mixing length ，gas flow velocity and equivalence ratio on combustion instability were studied by changing the length and gas flow velocity of swirling premixed burner. The time lag model was tested over a wide time scale ，and the interaction mechanism between the combustor pressure fluctuation and the mixture of fuel and air in the premixed section and its influence on combustion modes were revealed. The results show that the pressure fluctuation in the combustor will spread upstream and cause the equivalence ratio fluctuation in the premixed section. When the mixing time scale is smaller than the critical scale ，the time lag model is feasible. The equivalence ratio fluctuation in the premixed section will be transmitted to the combustion chamber along with the gas flow ，which will affect the combustion process ，resulting in a steady-oscillation cyclic change of combustion mode with the increasing mixing time. When the mix-ing time scale is larger than the critical scale ，the pressure fluctuation spreading upstream and equivalence ratio fluctuation spreading downstream by convection transmission will damp too much ，so that the combustion is in astable mode. The critical scale is approximately c =1.5τf .第26卷 第3期— 206 —Keywords ：swirling flame ；combustion instability ；mixing length ；time lag ；heat release fluctuation在燃气轮机中，预混燃烧技术可以降低NO x 的产生，因而被广泛应用于燃气轮机和航空发动机中．但是预混燃烧时容易出现燃烧振荡现象．燃烧振荡现象会产生燃烧不完全，污染物增加以及高强度的压力脉动等不良后果，在实际运行中应当尽量避免．1878年，Rayleigh [1]对燃烧振荡发生机理进行了定性的解释．燃烧室中存在压力脉动和放热率脉动，当放热率的脉动和压力脉动之间的相位小于90°时，如果声场中能量输入大于耗散，容易引起燃烧振荡．Rayleigh 准则可用公式表示为 1(,)(,)d 0′′∫T q x t p x t t T ＞ (1)式中：q ′为放热率脉动；p ′为压力脉动；T 为一个振荡周期．Rayleigh 准则表明压力脉动和放热率脉动的相位关系对于燃烧振荡现象的形成至关重要，但是它并没有给出影响相位关系的因素．Lyons [2]研究了不同当量比下混合程度对NO x 生成量的影响，结论表明当平均当量比小于0.7时NO x 生成量会随着混合不均匀程度的增加而升高．Lieuwen 等[3-5]提出了一个包含压力脉动、速度脉动、当量比脉动以及放热率脉动等多种因素的模型．该模型认为热声振荡的过程是：在预混燃烧中，火焰处的压力脉动向上游传播至燃料与空气混合处，引起燃料供应速度的脉动，从而引起燃料当量比的变化．当量比的变化会随着气体流动传递至火焰处引起燃烧过程的变化，表现为放热率的脉动．当放热率脉动和压力脉动满足Rayleigh 准则时，便容易引发燃烧振荡现象．王怀书[6]研究了两种混合长度下燃烧的稳定性，认为小混合尺度范围内燃烧稳定与振荡之间存在边界．Richards 等[7]、Kim 等[8]分别通过实验得到了振荡燃烧与稳定燃烧的边界．在Lieuwen 提出的模型中，燃料与空气开始混合处的当量比脉动传至下游火焰处的时间延迟是调节压力脉动和放热率脉动相位差的关键因素．该时间延迟可由式(2)表示：p =τLv(2)式中：τ为空气和燃料的混合时间，即上游当量比脉动传至火焰处的时间延迟；P L 为混合长度，指从燃料喷口到火焰处的距离；v 为混合气体的流速．假设燃烧振荡发生时，压力脉动的周期为T ，则τ与T 的比值可以表示无量纲混合时间的长短，即相对于压力脉动周期的时间尺度．进一步可以用c f 表示1/T ，其中c f 为压力脉动的主频，这样c τf 可以表示空气和燃料混合的时间尺度．当c τf 以1为周期连续变化时，燃烧模态应该会出现稳定与振荡的交替变化过程．前人[3-8]所做的工作中，只在c τf 为1的范围内进行了研究，没有向更大范围内的c τf 拓展．因此，本文设计了一种混合长度可调节的燃烧器，通过改变P L 和v 来获取不同的时间延迟，在较大范围的c τf 来验证模型．1 实验与测量系统本文针对于空气和燃料的混合过程展开实验研究．首先研究了冷态下空气和CO 2在不同工况下的混合程度；根据冷态实验结果对热态工况设计进行指导，从而有针对性地开展燃烧实验．采用CO 2进行冷态实验主要基于两点考虑：一是相比于可燃气体，CO 2更具有安全性；二是本文测量在湍流状态下的混合程度，需要保证CO 2与原燃料的动量通量比为1[9]．动量通量比J 定义为：222a a f f f 2a a a f f ρρρρ⎛⎞⎛⎞⎛⎞⎛⎞≡=⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠⎝⎠ A v m J v m A (3)式中：ρ为密度；m 为质量流量；A 为截面积．实验台结构如图1所示，包括空气系统、燃料系统、燃烧室、测量系统等．测量系统采用气体检测仪、光谱仪、动态压力传感器．冷态实验主要测量空气和CO 2的混合程度．本文设计了专用的导轨系统来调节探针在燃烧室内的测点位置，同时采用CAI600系列多组分气体分析仪作为测量设备，检测燃烧室内不同位置处目标气体的浓度．在热态实验中，用天然气作为燃料．圆柱形燃烧室内径120mm ，长850mm ．采用PCB112A22型压电式压力传感器测量燃烧室内的压力脉动信号，分别布置在距喷嘴入口处0.38m 、0.52m 、0.66m 处，同时在混合段也布置一个压力传感器用来检测上游压力脉动．采用化学荧光法测量燃烧过程中的放热率脉动．碳氢燃料在燃烧过程中会产生OH *和CH *等自由基，这些中间产物从激发态向基态跃迁时会发出特定波长的光，称为激励波长．这些自由基的浓度与燃烧放热率有关，因此测量某种波长光的光强可以反映出放热率脉动变化．本文选用OH *基激励波长作为测量对象，波长308nm ．赵永凯等：混合过程对旋流预混火焰燃烧不稳定性影响的实验研究— 207 —图1 实验系统示意Fig.1 Diagram of experimental system预混段是整个实验最重要的部分，为了实现混合长度可调节的要求，本文设计预混段如图2所示．燃料从右侧进入，在左侧燃料喷口处流出．黑色虚线表示预混段右侧的固定端壁．燃料管上焊接着定位卡环，在燃料管的上游入口处设有螺纹，中间则有最小长度为5mm 定位套筒．通过改变固定端壁左右两侧定位套筒的数量，即可调节燃料管与预混管的相对位置．调节范围为10mm ＜P L ＜260mm ，单次最小调节长度为5mm ．图2 预混段结构示意Fig.2 Diagram of premixed section structure2 冷态实验结果与分析冷态实验目的是测量不同因素对燃料和空气混合程度的影响．实验中采用测点处的当量比作为混合程度的表征量．影响混合程度的因素有很多，本文采用预混段的长度P L 、设定的当量比Φ、混合气体的流速v 3个自变量进行冷态实验．考虑到空气的流量远远大于燃料的流量，为方便计算，使用空气流速air v 代替混合气体的流速．使用探针在圆形燃烧室距离喷嘴出口处15mm 的截面上进行浓度检测．沿着该截面的径向选择21个测点，每个测点间隔2mm . 工况设置见表1．根据实验得到的测量点局部当量比后，为了更直观地看出各个位置当量比的不同，将当量比数据进行了归一化处理．即采用每个点的当量比与平均当量比的比值作为反映该处混合程度的表征量．表1 冷态实验工况 Tab.1 Cases of cold test参 数取值范围预混长度P L /mm 10，30，60，120，260 空气流速air v /(m ·s -1) 25，35设定当量比Φ 0.8，1.0 径向测点r i /mm±40mm 范围内等间距的21个点2.1 预混长度的影响针对预混长度P L 这一变量，选择空气流速air v ＝35m/s ，设定当量比Φ＝1的一组数据进行分析．根据实验数据处理后得到如图3(a )所示的结果．纵轴为局部当量比和平均当量比的比值，横轴为径向测点r i 与测量范围半径R ＝40mm 的比值，这样更能直观显示出不同径向位置的当量比变化．由P L ＝30mm 的数据可得，此时当量比在径向上分布波动较大．这与空气和燃料的混合过程以及出口的旋流结构有关，表明空气和燃料尚未混合均匀．当量比高于或低于平均水平都表示其处于非恰好完全反应的状态，这在实际的燃烧状态中可能会引起放热率的不稳定．预混长度P L 越长，当量比的波动越小．P L ＝10mm 时沿径向局部当量比的变化波动最大，当量比差值可达约12%．而P L ＝260mm 时，局部当量比沿径向几乎是一条直线，最大差值不超过2%．整体看来，较长的（a ）预混长度的影响（b ）气体流速的影响图3 冷态实验结果Fig.3 Results of cold test第26卷 第3期— 208 —预混距离对于混合程度的影响是存在的，并且随着预混距离的增加燃烧室中CO 2和空气的混合程度也在逐渐均匀．这对热态实验的工况设计提供了预测 思路． 2.2 气体流速气体流速变量只有air v ＝25m/s 和air v ＝35m/s 两种情况．图3(b )为Φ＝0.8和Φ＝1两种当量比下，在不同气体流速的数据结果．只关注Φ＝0.8的两条曲线，发现除了在r i /R 为-1和1的时候两条曲线有稍微差别之外，其余部分几乎是重合在一起的．只关注 Φ＝1的两条曲线，和Φ＝0.8的曲线情况一致．这说明设定气体流速对于混合程度的影响微乎其微．事实上，从air v ＝25m/s 到air v ＝35m/s ，速度只增加了60%. 而混合长度p L 的调节范围从10mm 到260mm ，长度增加了25倍，所以混合长度的变化影响更加直观．变量之间的设置间隔也会影响到实验测量的结果．在本文的实验工况下，混合气体流速达不到成倍变化的条件，所以预混长度的改变主导着燃烧室内两种气体混合的效果．3 燃烧稳定性实验根据冷态实验的分析，燃烧稳定性受到多种因素的影响．首先在预混段内，空气和燃料的混合长度对混合的均匀程度具有重要影响．在喷嘴直径尺度上，其混合长度越大，混合越均匀．平均当量比和流速的变化也具有一定影响，但是在可调节的范围内，其对混合程度的影响较小．因此在热态实验中，采用预混长度作为主要的自变量来对天然气燃烧的稳定性进行实验探究，空气流速设定为30m/s ．实验工况如表2所示。
页岩气预混火焰及发动机燃烧过程稳定性研究
页岩气预混火焰及发动机燃烧过程稳定性研究页岩气是一种存在于致密细碎屑岩中的非常规天然气,主要成分为CH4,是具有潜力的发动机替代燃料。
我国页岩气资源赋存丰富,不同地区页岩气组分存在差异,影响预混燃烧速度,导致发动机燃烧循环变动不同,有必要围绕页岩气组分对预混火焰及发动机燃烧过程稳定性的影响开展研究。
全文共分7章,主要围绕页岩气的预混火焰,页岩气发动机燃烧过程与循环变动的变化规律,以及发动机燃烧稳定性的改善措施等三个方面开展了研究。
采用定容燃烧弹试验与数值模拟相结合的方法,探讨了页岩气预混火焰传播过程的变化规律。
根据页岩气发动机台架试验的结果,分析了组分对发动机燃烧过程的影响,研究了燃烧特征参数的循环变动规律,探讨了循环变动的非线性动力学特征。
提出双火花塞点火和页岩气掺混HHO两种措施改善发动机的燃烧稳定性,通过试验研究的方法,分析了改善措施对页岩气发动机循环变动的影响,采用数值模拟的方法,探讨了缸内火焰传播过程的变化规律。
初始条件和惰性气体含量对页岩气预混火焰的传播过程存在影响。
采用定容燃烧弹试验系统,针对页岩气组分进行了配比,研究了页岩气预混火焰的传播速度,分析了火焰前锋面的稳定性,探讨了预混燃烧速度与火焰稳定性的关系;通过数值模拟的方法,分析了预混燃烧过程中物质浓度的变化规律,结合生成速率和敏感性分析的研究,探讨了页岩气中CH4的消耗过程,研究了绝热火焰温度对化学反应速率的影响。
研究表明,初始温度对化学反应速率的影响较小,H+OH基摩尔分数峰值增大,是造成预混燃烧速度变快的主要原因;当初始压力提高时,化学反应速率明显提高,导致H、O和OH基的浓度减小,火焰的传播速度变慢,火焰前锋面的稳定性下降;当量比为1.0时,预混火焰的传播速度最快,稀薄混合气对火焰传播速度的抑制作用强于浓混合气,随着当量比增加,火焰前锋面逐渐稳定;R1反应对CH4消耗速率的影响最大,CH3基是评价CH4消耗速率的重要自由基,随着CH4含量的增大,CH3基浓度降低,CH4的消耗速率下降,导致火焰的传播速度减小;惰性气体抑制绝热火焰温度,化学反应速率减小,火焰的传播速度降低,火焰前锋面的稳定性下降,CO2对预混燃烧速度的抑制作用明显强于N2。
预混火焰燃烧不稳定性及其主动控制
预混火焰燃烧不稳定性及其主动控制
在燃气轮机燃烧室中，采用预混燃烧可以降低燃烧室的温度和降低NOx的排放。
但是，预混燃烧容易导致燃烧不稳定。
有鉴于此，本文中对预混火焰的燃烧不稳定性及其主动控制技术进行了研究。
首先，完成了燃烧不稳定性主动控制的冷态实验研究。
研究表明：对于压力振动进行主动控制的方法是可行的，能够减小压力振动。
同时，主动控制可改变压力振动的特征频率。
其次，进行了声波扰动对锥形预混火焰的影响的理论分析和实验研究。
提出了声波扰动时预混火焰表面温度脉动的简化模型，根据简化模型，预混火焰表而的温度会以声波扰动的频率脉动。
实验结果表明，火焰对声波扰动的谐波、分谐波和高阶谐波响应并存。
进行了声波扰动对V形预混火焰锋面皱褶影响的理论分析和实验研究。
研究表明，V形预混火焰的锋面皱褶的频率与声波扰动的频率相同，其幅值与声波扰动的频率成反比。
进行了声波扰动对预混锥形火焰燃烧室的压力振动的影响的实验研究。
研究表明，声波扰动会使得燃烧室的压力出现与扰动声波频率一致的压力振动，且压力振动的幅度随着扰动幅度的增大而增大。
第三，对预混火焰的燃烧不稳定性进行了研究。
研究表明：燃烧不稳定性与燃料／空气当量比有很大的关系，压力振动的特征频率随着燃料／空气当量比的增大而减小，压力振动的频率随着燃烧室平均压力的增大而减小、与预混气流量的关系比较复杂。
第四，对一典型的燃烧不稳定进行了主动控制技术的实验研究。
实验结果表明，如果热释放率的波动与压力振动的相位一致时，会加大燃烧室的压力振动：如果热释放率的波动与压力振动的相位相反时，就会减小燃烧室的压力振动。
基于小波方法微重力预混V形火焰不稳定性分析
第１ ９卷 第 ｌ 期 ２０ ０２年 ３月
中 国 科 学 院 研 究 生 院 学 报
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第ｌ 期
程晓斌等 基于小波 方法般重 力预混 Ｖ彤 史焰不稳 定性 奇折
情况下很难准确捕捉到奇异点及其空间位置， 以至不能确定 图像边缘 小波方法根据噪声和信号的不同 性态， 将混杂在图像中的噪声分离， 通过小波变换模的极大值来捕捉图像 的奇异点， 它们的空间分布构成 图像边缘， 从而在信噪比较低的情况下准确地将 图像 的边缘信息提取出来．
是用肉眼观察和手Ｔ测量来获取图像信息， 这使获得的数据不能精确反应图像 内容， 信息量少． 由于分析 于段有限， 提取连续 的动态图像信息则更加困难． 近年来随着计算机技术的发展， 图像处理技术也取得了
长足进步． 图像边缘检测 已经发展了一些基于线性的方法． 图像的边缘是由图像中的奇异点连接而成的， 线性方法对于清晰的图像边缘， 即信噪比较高时可以进行有效 的检测， 而分析火焰这种边缘比较模糊 的 图像， 即信噪 比较低时则显得很困难． 小波方法的 自适应特性使其具有在信噪比较低 的情况下分析非线 性信号的功能 ｌ并可以确定不同阶次的奇异点的分布． 。 这些奇异点的分布构成 了图像边缘． 本文将小 渡方法融合到图像处理技术中， 并首次运用该技术处理微重力燃烧 实验的图像数据， 达到 了准确检测火
连续 动态 图像研 究火 焰的特性 成 为可 能．
究火焰 结构和 不稳定 性 的 目标． 关键 词 小波分 析， 重力， 徽 图像 处理 ， Ｖ形 火焰
预混燃烧室热声不稳定性的数值分析
预混燃烧室热声不稳定性的数值分析基于现代燃烧理论，以及计算流体力学、多相流动和计算机仿真等多种方法来对燃烧器的气固流场进行精确描述。
但是实际的燃烧过程并非如此简单明了。
例如，为改善燃烧性能而采取加强燃料与氧化剂之间反应激烈程度的措施后，会产生极其复杂的燃烧气流流场；或者通过减小预混比提高烟气速度，虽然可有效地降低烟气温度从而降低火焰温度，但却使噪声问题变得更严重，且影响喷雾粒子的运动轨迹。
这些因素都需要建立相应的模型才能获得完整准确的结果。
因此，开展多相流体力学与计算机技术相结合的试验研究成为必须。
关键词：预混燃烧室热声不稳定性的数值分析摘要：本文研究了新型预混燃烧技术——预混火焰燃烧室在高温火焰辐射噪声上存在的问题及解决办法。
首先阐述了几种常用的几何外形的燃烧室形状，以及影响它们的主要因素。
最后提出了一个预混火焰燃烧室模型，并采用计算流体力学和计算机仿真两种手段对该模型进行了数值模拟，说明模型的有效性。
模型预测出燃烧区域的中心温度可达到3500℃左右，但由于所考虑的面积仅为整个燃烧室的10%～20%，实际上的辐射温度将远大于此值。
另外，热声系统包括喷口部位的空气流场以及噪声源、喷管、风扇叶片、加热丝等组件。
空气流场产生的气动噪声已经广泛引起人们的注意。
如果把燃烧器喷嘴处的气流按燃烧区内气流一样进行理想计算，就无法得知流场产生的噪声。
即便如此，依据相同的数据，也还难以分辨噪声源和加热丝的差异。
因此，在本文中引入了一个新的概念：噪声源，作为预混火焰燃烧室各组件的参数，从而给出了两个加热丝、四根加热棒以及喷嘴附近一小块加热棒在同一工况下的数值仿真结果。
这样做不仅可以给出加热丝的功率密度随尺寸变化的规律，而且可以清楚地看到哪些部件属于不希望有噪声产生的环节，给未来设计带来启示。
随着我国航空、航天事业的发展，航空发动机的推力越来越大，尾气排放指标也日益苛刻，诸如环境污染和噪声问题正成为限制航空发动机发展的瓶颈。
过滤燃烧火焰锋面不稳定性的实验研究
过滤燃烧火焰锋面不稳定性的实验研究薛治家;于庆波;刘慧;史俊瑞【摘要】实验研究甲烷/空气预混气体在多孔介质燃烧器中燃烧的火焰锋面不稳定特性.结果表明,给定一个初始非均匀预热区域,在当量比为0.41,流速为0.42 m/s时,在6mm的小球填充床内,火焰锋面由较为规则的对称火焰逐渐演变为倾斜火焰,并最终分裂为上下两个区域.在布置填充床的同时,对填充床进行夯实,降低孔隙率分布不均匀性.在孔隙率均匀的填充床内,初始的非均匀预热区域,使得火焰的传播极其不稳定,最终导致熄火;即使给定初始均匀的预热区域,火焰锋面依然具有一定的不对称性.填充床的结构不均性是过滤燃烧火焰锋面倾斜的主要原因,而初始的不均匀因素将加剧火焰传播的不稳定性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)009【总页数】4页(P1273-1276)【关键词】多孔介质;过滤燃烧;火焰传播;不稳定;实验研究【作者】薛治家;于庆波;刘慧;史俊瑞【作者单位】东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;沈阳工程学院能源与动力工程学院,辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TN914.3低速过滤燃烧具有独特的优势，但作为一种带化学反应的流体流动，势必具有非稳定特征，目前已被广泛研究［1－2］.国内外研究者先后在实验中观测到低速过滤燃烧非稳定现象:火焰前沿破裂(break)、倾斜(inclination)、热斑(hot spot)、胞室(cellular structure)和双波等非稳定结构，并主要表现为倾斜和热斑两种非稳定现象.火焰面倾斜是指燃烧波锋面相对于燃烧波传播的法向发生倾斜，且其倾斜度可能随着波的传播持续加剧.20世纪90 年代，Minaev 等［3］在多孔介质燃烧器中观测到了火焰锋面倾斜，并通过理论分析证明，燃烧器直径越小，倾斜越不明显；火焰向上游传播是稳定的，向下游传播是不稳定的.火焰面倾斜的出现和加剧导致燃烧不完全、燃烧温度下降，最终可能熄火，严重阻碍了过滤燃烧技术在工业中的广泛应用，是迫切需要解决的问题.火焰倾斜可能是系统受到扰动后结构重组的结果，Kakutkina［4］总结了过滤燃烧两种主要的不稳定现象，即燃烧波锋面倾斜和热斑，采用简化的热模型［4］、动力学模型［3］和流动竞争法［5］研究了火焰倾斜的稳定性；同时在实验中观测了倾斜的演化规律，但他们对倾斜和热斑的动态形成过程，以及倾斜传播的定量分析，依然没有给予关注.美国Kennedy 研究组对过滤燃烧的非稳定性进行了大量的研究工作［5－6］.文献［5，7］对火焰倾斜研究取得了一些进展，他们应用流动竞争法(method of flow competition)分析扰动的动态特性.Dobrego等［8］的实验和理论研究表明，倾斜幅度的增长速度与燃烧波的传播速度成正比.Dobrego 等［9］在随后的研究中，通过实验和二维数值模拟，证实了扰动热力竞争的倾向，而倾斜经过初始形成阶段、线性增长阶段和扰动补偿阶段.Fursenko 等［10］在实验中发现过滤燃烧火焰向下游传播过程中发生分裂. 由于多孔介质结构的随机性和复杂性，数值计算很难符合实际情况，因此需要通过大量的实验研究进行分析及验证.基于以上分析，本文设计和制作了可以研究多孔介质中燃烧波和热波传播规律的实验台，用于研究燃烧波传播过程中的非稳定现象.实验通过改变初始条件，观测并分析由此带来的火焰传播不稳定现象，从而探索外部因素对过滤燃烧的影响.1 实验系统过滤燃烧实验台如图1 所示，实验采用甲烷/空气预混燃烧，其中甲烷纯度99.999%；温度采用NI 温度采集系统；烟气分析采用Testo350.图2 为燃烧器所用氧化铝小球及泡沫陶瓷.图3 为燃烧器布置示意图，它采用耐高温透明石英玻璃管.实验中燃烧器的结构布置有三种方法:1)初始条件1 如图3 左侧图所示，预热区域具有初始倾斜，燃烧区域布置过程中小球自由堆积；2)初始条件2 与初始条件1 不同的是，燃烧区域布置过程中小球自由堆积的同时进行夯实；3)初始条件3 如图3 右侧图所示，预热区域不具有初始倾斜，燃烧区域布置过程中小球自由堆积.实验观测内容:火焰形态及传播过程中不稳定情况；燃烧器出口及管壁温度等的变化；烟气成分.图1 实验装置示意图Fig.1 Experiment device diagram图2 耐高温氧化铝小球及泡沫陶瓷Fig.2 Alumina ball and ceramic foam图3 初始倾斜，无初始倾斜燃烧器(单位：mm)Fig.3 Initial inclination and no initial inclination burner (unit：mm)2 实验结果及分析2.1 实验方法实验初始阶段在预热区域布置小球并进行预热，预热完成后在燃烧区域布置小球，计时拍摄.1)预热工况:预混当量比0.79，甲烷和空气流量0.12 和1.44 m3/h，预热15 min；2)实验工况:预混当量比为0.41，甲烷和空气流量分别为0.18 和4.2 m3/h.2.2 实验结果及分析1)燃烧器布置初始倾斜，小球自由堆积.在本组实验中，如图4 所示，在180 s，高温火焰近似对称分布，由于多孔介质的导热和辐射作用以及燃烧器壁面的热损失，燃烧器高温区上下锋面呈现抛物线分布.火焰向下游传播的过程中，火焰亮度逐渐降低，火焰的形态也发生了很大的变化.图4 初始条件1 火焰形态变化图(当量比0.41，流速0.42 m/s)Fig.4 Flame propagation diagram of initial conditions 1(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42 m/s)如图5 所示，在火焰到达燃烧器中部540 s 时开始出现明显倾斜，火焰整体类似于S 形，其中头部火焰较亮，而尾部火焰较暗.当燃烧波传播到720 s 以后，火焰发生了很大的形变，即高温区域不再对称，在1 080 s 时火焰高温区分裂成上下2个区域，较高位置的火焰紧贴右侧管壁，而较低位置的火焰倾斜.2 340 s 时火焰传播到燃烧器出口，其主体火焰仍在多孔填充床内，燃烧器出口出现很多蓝色小火苗，而填充床中还有黄色高温区，这说明至少存在两个高温区.图5 540，1 080 和2 340 s 时刻的火焰图Fig.5 Flame appearance in 540，1 080 and 2 340 seconds以上分析表明，给定初始的倾斜高温区，火焰初期的形态近似对称分布，随着火焰下游传播，火焰发生了很大的形变，说明初始的扰动对火焰的发展有很大的影响. 2)燃烧器布置带初始倾斜，小球夯实堆积.如图6 所示，在180 s 时，火焰近似对称分布，随后火焰不断偏向燃烧器右侧，且火焰亮度不断降低，高温区域不断减小.在900 s 时，火焰面传播到燃烧器中部130 mm 处，火焰高温区形状不规则状态开始加剧，随后火焰高温区逐渐聚集到右侧管壁.在1 260 s 时，火焰面传播到燃烧器中上部180 mm 处，之后火焰高温区缩小并停留在一侧管壁，最终熄火.这是由于对填充床进行了夯实，燃烧器内孔隙率分布较为均匀，相对较大的孔隙区域较少，而且燃烧器壁面的热损失较大，因此未能传到燃烧器出口.而在初始条件1 中，火焰传播到了燃烧器出口，这是由于燃烧器内的小球未夯实，因此填充床内局部孔隙率较大.实验初始条件1和初始条件2 的实验结果与Zheng 等［11］数值模拟结果相似，即初始的火焰倾斜状态将加剧火焰向下游传播过程中的不稳定状态.图6 初始条件2 火焰形态变化图(当量比0.41，流速0.42 m/s)Fig.6 Flame propagation diagram of initial conditions 2(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42 m/s)3)燃烧器布置无初始倾斜，小球自由堆积.如图7 所示，火焰传播过程中，火焰锋面较为平稳、对称.本实验通过红外测温仪得到高温火焰区域的燃烧器外壁温度随时间变化的趋势.如图8所示，每个温度点是由同一时间及空间位置测量三次求平均值获得，高温区域的壁面温度变化不大.当火焰达到燃烧器出口时，高温区燃烧器壁面温度急剧下降.如图9 所示，从实验开始到480 s时间内燃烧器出口烟气温度近似呈现线性上升趋势，出口烟气温度呈现近似线性上升趋势.图7 初始条件3 火焰形态变化图(当量比0.41，流速0.42 m/s)Fig.7 Flame propagation diagram of initial conditions 3(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42 m/s)图8 火焰中心处管壁温度Fig.8 Tube wall temperature in flame centre图9 燃烧器出口烟气温度Fig.9 Gas temperature in the outlet of burner烟气成分测定采用电子烟气分析仪Testo350，测得结果如表1 所示.可以看出，O2，CO，CO2和NOx的排放变化不大.CO 的排放浓度较为均匀，说明燃烧比较稳定，与图7 中的火焰传播形态吻合.表1 燃烧器出口干烟气成分(当量比0.41，流速0.42 m/s)Table 1 Gas component in the outlet of burner(equivalence ratio 0.41，velocity 0.42m/s)3 结论1)给定火焰锋面一个初始倾斜角度，火焰向下游传播过程中，锋面形态极其不稳定，不稳定情况随着向下游的传播而加剧，在实验中火焰面分裂为2 个高温区域.而无初始倾斜角度时，火焰传播较为稳定，火焰形态较为规则.2)当将填充床夯实后，床内小球孔隙率分布较为均匀，由于初始的倾斜火焰状态，使得火焰传播同样也不稳定，并最终导致熄火，说明填充床的结构不均匀性是多孔介质燃烧器火焰传播不稳定性一个重要因素.参考文献：【相关文献】［1］Wood S，Harris A T.Porous burners for lean-burn applications［J］.Progress in Energy and Combustion Science，2008，34(5):667－684.［2］Mujeebu M A，Abdullah M Z，Bakar M Z，et al.Applications of porous media combustion technology［J］.Energy，2009，86(9):1365－1375.［3］Minaev S S，Potytnyakov S I，Babkin V bustion wave instability in the filtration combustion of gases［J］.Combustion Explosion and Shock Waves，1994，30(3):306－310.［4］Kakutkina N A.Some stability aspects of gas combustion in porous media［J］.Combustion Explosion and Shock Waves，2005，41(4):395－404.［5］Kennedy L A，Fridman A A，Saveliev A V.Superadiabatic combustion in porous media:wave propagation，instabilities，new type of chemical reactor［J］.International Journal of Fluid Mechanics Research，1996，22:1－27.［6］Saveliev A V，Kennedy L A，Fridman A A.Structures of multiple combustion waves formed under filtration of lean hydrogen-air mixture in a packed bed［J］.Symposium(International)on Combustion，1996，26(2):3369－3375.［7］Dobrego K V，Zhdanok S A.Physics of filtration combustion of gases［M］.Minsk:ITMO NAN Belarusi，2002.［8］Dobrego K V，Zhdanok S A.Experimental and analytical investigation of the gas filtration combustion inclination instability［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2001，44:2127－2136.［9］Dobrego K V，Kozlov I M，Bubnovich V I.Dynamics of filtration combustion front perturbation in the tubular porous media burner［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，2003，46:3279－3289.［10］Fursenko R，Minaev S，Maruta K，et al.Characteristic regimes of premixed gas combustion in high-porosity micro-fibrous porous media［J］.Combustion Theory and Modeling，2010，14(4):571－581.［11］Zheng C H，Cheng L M，Saveliev A，et al.Numerical studies on flame inclination in porous media combustors［J］.Heat Mass Transfer，2011，54(15):3642－3649.。
氢气-乙醇预混燃气层流燃烧火焰结构不稳定性分析
第33卷第2期2021年4月沈阳大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang University(Natural Science)Vol.33,No.2Apr.2021文章编号:2095-5456(2021)02-0167-08氢气-乙醇预混燃气层流燃烧火焰结构不稳定性分析王筱蓉，严俊，陈家兴，李童(江苏科技大学机械工程学院,江苏镇江212003)摘要：将体积分数为90%的氢气和10%的乙醇组成的预混气体输送到定容燃烧弹中，在当量比0在0.5〜0.9范围改变时,利用高速摄像机和纹影系统对初始温度为400K、初始压力为105Pa下的预混燃气的燃烧状态进行捕捉，并分析其层流火焰不稳定性的变化规律.结果表明，点火后伴随球形火焰的扩展，四周火焰前锋面尤其是两边出现裂纹与凸起，随后裂纹线逐渐向中心延伸，最终充斥整个火焰前锋面.火焰传播过程中，火焰拉伸率逐渐降低，随当量比的增大，火焰前锋面凸起逐渐平缓•当量比的增加改变了预混气体的层流燃烧特性，影响了层流火焰拉伸率和扩散失稳参数的变化，特别是火焰结构胞化状态的改变尤为明显，提高了富氢燃料的火焰稳定性•关键词：氢气；层流燃烧；火焰结构；火焰胞化；不稳定性中图分类号：TK91文献标志码：八Analysis of Flame Structure Instability of Laminar Combustion of Hydrogen-Ethanol Premixed GasWANG Xiaorong,YAN Jun,CHEN Jiaxing,LI Tong(School of Mechanical Engineering,Jiangsu University Science and'Technology,Zhenjiang212003,China.)Abstract：The premixed gas composed of90%hydrogen and10%ethanol(X、=90%)was delivered to the constant,volume combustion bomb.When the equivalence ratio0=0.5〜0.9 changes,the high-speed camera and schlieren system were used to capture the combustion state of the premixed gas at an initial temperature of400K and an initial pressure of0.1MPa,and the change law of its laminar flame instability was analyzed.The results showthat,with the expansion of the spherical flame after ignition,cracks and bulges appear on the surrounding flame front.,especially on both sides,and then the crack line gradually extends to the c enter,eventually filling the entire flame front.During the flame propagation process,the flame stretch rate gradually decreases,and with the increase of the equivalence ratio,the flame front,bulge gradually becomes gentle.The increase in the equivalence ratio changes the laminar combustion characteristics of the premixed gas,and affects the changes in the laminar flame stretch rate and diffusion instability parameters,especially the changes in the cellular state of the flame structure,which improves the flame stability of hydrogenrich fuel.Key words：hydrogen；laminar combustion；flame structure;flame cellization；instability随着日益严格的环境保护政策和国家可持续发展战略的出台，可再生、低排放能源发展已成为当前能源研究的主题和重点氢气燃烧的化学产物只有水，没有二氧化碳、硫化物等污染物[2],是世界上最清洁的能源.目前氢气制备有生物制氢和水解制氢等多种方法，这些方法可以控制氢气生产的成收稿日期：20201207基金项目：江苏省研究生创新基金资助项目(SJCX20_1451).作者简介：王筱蓉(983)，女，江苏镇江人，教授，博士.168沈阳大学学报（自然科学版）第33卷本］］但氢气的爆炸极限较低，燃烧过程不稳定，从而限制了其作为燃料的发展•因此，为确保氢气在燃 烧过程中的稳定性，常用的解决方案是添加其他低热值能源降低氢气的爆炸极限⑷•在标准层流燃烧火焰中，火焰表面是稳定的，但具有高比例氢气的预混燃料的层流燃烧过程会产生 不稳定变化，这是火焰从层流燃烧转变为湍流燃烧的重要过程［］•对这一过程中不稳定火焰的形态和 产生因素的分析是预测未来火焰形态发展的前提，也为提高燃烧效率和稳定性提供了依据• 1986年, Yu 等囚在甲烷、乙烷等低热值碳氢燃气中添加少量氢气，利用对冲滞止火焰法对预混燃气的层流燃烧 特性进行研究，测量了一部分预混燃气的层流燃烧速度，结果表明，氢气的加入促进了低热值燃料的燃 烧.张勇等［•利用定容燃烧弹对甲烷-氢气预混燃气的层流燃烧速度进行测定，并研究了不同点火能量 对燃气火焰传播的影响，同时通过测定不同预混比例燃气的马克斯坦长度，分析了氢气对火焰稳定性的 影响.Liu 等⑻对甲烷-氢气预混燃气在层流燃烧过程中的燃烧损失进行了测定，结果表明，伴随当量比 的增加和火焰厚度的减小,专热效率会有所降低，进而使火焰热损失增大• Tang 等⑼对丙烷-氢气预混 燃气的燃烧过程进行了实验，从氢体积分数小于60%开始，燃料马克斯坦长度会随着当量比的减小而 减少，表明火焰越不稳定丄ewis 数会随着氢比例的提高而减小，燃烧过程中的扩散不稳定性逐渐增大. 张欣等［0•对低热值气体掺混氢气火焰稳定性进行了研究，结果表明，火焰燃烧中会出现胞化火焰、局部 熄灭和再燃3种形态，氢气体积分数的提高会使胞化火焰出现时间提前以及胞化火焰幅值提高，燃料燃 烧进程中CO 2浓度的提高会使火焰不稳定状态受到抑制•以上结果均表明，氢气的体积分数对于火焰 稳定性有很大影响•本实验通过利用少量乙醇与氢气预混燃气燃烧来降低燃料的热值•对充分混合后的预混燃气进行 了层流燃烧实验，对层流燃烧过程火焰结构变化和参数变化进行了定性和定量测定，分析了影响氢气- 乙醇预混燃气火焰不稳定性的因素•1实验设备本次实验采用的是球形火焰法［1］，实验设备示意图见图1.实验利用电极在恒定体积的燃烧弹中点 燃混合气体，并通过高速相机拍摄球形火焰，以获取火焰膨胀的图像.实验设备由以下模块组成:定容燃 烧弹、点火系统、数据采集系统以及气体供应与排放系统•定容燃烧弹内通过PID 控制器控制弹体内壁 上加热电阻进行加热，温度显示器显示弹体内部温度；压力表实时监测弹体内的压强变化； 压力图1设备示意图Fig. 1 Schematic diagram of the experimental device流量控制阀排气口电流探头压力传感器1A0卩。
贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性
关键词 ：燃烧不稳定性 ；贫燃预混火焰 ；旋流 ；极 限环
中图分 类号 ：Ｖ ２ ３ ５ ． １ １ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ６ ． ８ ７ ４ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ ． ０ ０ ５ １ ． ０ ７
Ｃｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｌｅ ａ ｎ Ｐｒ ｅ ｍｉ ｘ ｅ ｄ Ｓ ｗｉ ｒ ｌ Ｆ ｌ ａ ｍｅ
ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｗｉ ｈ ｔ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆｆ ｒ ｅ ｑ ｕｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐｅ ａ ｋ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｏ ｆ ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ，
Ｄ ＯＩ １ ０ ． １ １ ７ １ ５ ／ ｒ ｓ ｋ ｘ ｊ ｓ ． Ｒ ２ ０ １ ３ ０ ６ ０ ０ ９
贫燃 预混旋流火焰 的燃烧不稳定性
杨甫江 ，郭程学 院，航空发动机气动热力 国家重点实验室 ，北京 １ ０ ０ １ ９ １ ） 摘 要 ：在低污染模 型燃烧室上 ，从实验 角度 研究 了常温常压下 贫燃 预混旋流火焰燃烧不稳定性 ．主要着眼于 当量
ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ，ｓ ｗｉ ｒ ｌ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ，ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｍｉ ｘ ｅ ｄ ｓ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｖ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ， ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ， ｐ ａ ｕ ｓ ｅ
双旋流火焰不稳定性模态转换
双旋流火焰不稳定性模态转换
徐欣宇;王平;姜霖松;李伟超;曾海翔;何祖强;Prashant Shrotriya
【期刊名称】《燃烧科学与技术》
【年(卷),期】2022(28)4
【摘要】采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V型.对此过程计算的数据进行后处理,分析其前后各自温度场,平均轴向、径向燃烧室内速度分布,取x分别为5 mm、15 mm、25 mm、40 mm、60 mm处轴向和径向脉动速度,采用Q准则方法,POD方法分析流场中的涡旋结构,从而分析其燃烧不稳定性和影响火焰结构的主要因素.发现模态转换前平均火焰为“M”型,转换后为“V”型,V型火焰是一种更为稳定的火焰结构,火焰模态的转换受内、外剪切层位置的直接影响并与涡脱落模式有重要关系.
【总页数】10页(P471-480)
【作者】徐欣宇;王平;姜霖松;李伟超;曾海翔;何祖强;Prashant Shrotriya
【作者单位】江苏大学能源研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TK16
【相关文献】
1.双旋流燃油燃烧器火焰特征研究
2.双调风旋流燃烧器W火焰锅炉燃烧特性试验研究
3.W型火焰锅炉双调风旋流燃烧器特性分析
4.基于火焰传递函数的旋流预混火焰稳定性分析
5.双调风旋流燃烧器在W火焰锅炉低氮改造中的应用
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预混燃烧室热声不稳定性的数值分析
预混燃烧室热声不稳定性的数值分析摘要：预混燃烧室热声不稳定性是影响发动机性能的关键因素，本文针对当前广泛使用的两种燃气轮机—— WGC 和 FSH2。
首先采用线性代数法进行燃烧模型简化处理；其次，运用能量方法，并基于正则化方法，提出了预混火焰的热点位置、稳态及瞬态能谱分析的新方法，通过能量的变化来判断不同燃烧室形式下预混燃烧的不稳定性，并在实验结果上给出了最优化解决办法。
所得结论有助于我们更深入地认识燃气轮机技术以及如何改善性能，为今后该领域的相关研究打开一扇新的窗口。
研究表明，多维预混火焰燃烧时存在三个独立的自由度，分别为火焰中心的温度场、离子化区域的压力场以及火焰与外界的辐射换热系数。
与单组元燃烧时燃料相互作用的模型和基于温度梯度模型（ DTFT）的简化模型相比，三组元燃烧时火焰的总体结构发生了显著变化。
而热点位置是多维燃烧条件下反映燃烧特征的重要参数之一，它可以直观描述火焰内部微观不稳定区域的边缘状况。
对于传统火焰的燃烧过程而言，大多数文献都采用热电偶温度测量值进行计算分析。
但是在预混火焰这样一类非常复杂的流动模型中，传统温度测量方法受到很大的限制，导致了其无法反映实际燃烧情况。
另外，在计算中也会产生许多未知的干扰信息，对计算结果造成严重的影响[1]。
因此，在进行多组元燃烧过程研究时，必须采取新的方法来探索热点位置的变化规律。
为此，文章引入了能量转移概念。
通过一种线性代数方法（即热平衡方程），可将预混火焰模型中每个局部过程所包含的能量均匀地向整个火焰输送，从而获得全局燃烧温度场分布图，再利用能量转移矩阵法（ RBFM）等多元线性回归方法求解热点位置的统计参数。
对于传统火焰的燃烧过程而言，大多数文献都采用热电偶温度测量值进行计算分析。
但是在预混火焰这样一类非常复杂的流动模型中，传统温度测量方法受到很大的限制，导致了其无法反映实际燃烧情况。
另外，在计算中也会产生许多未知的干扰信息，对计算结果造成严重的影响[1]。
预混燃烧过程热声不稳定性研究
河北工业大学硕士学位论文预混燃烧过程热声不稳定性研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：***20081201河北工业大学硕士学位论文预混燃烧过程热声不稳定性研究摘 要贫燃预混燃烧、空气分级燃烧等低NOx的燃烧技术可以有效的减少燃烧过程中的NOx 排放，但因其燃烧过程都是在偏离化学恰当比情况下进行，将导致火焰热声不稳定。
本文针对预混燃烧过程中火焰的热声稳定性进行了实验研究。
本文首先测定了液化石油气预混燃烧的贫燃熄火极限和贫氧熄火极限，并利用高速摄像仪对火焰结构进行测量、分析，发现随着当量比的增大涡脱落的频率逐渐减小。
其次，利用fluent软件对预混室内相同当量比、不同进气方式下的冷态流场进行了数值模拟，发现进气方式在一定程度上可以抑制预混室内的压力脉动。
然后，本文使用噪声测试仪对预混室和燃烧室内的冷态、热态流场进行了声频分析，发现在贫氧和贫燃的情况下都有可能发生热声不稳定现象，在贫氧的情况下，随着当量比的升高，压力振荡逐渐转入低频振荡，而振幅有显著增强；在贫燃的情况下，随着当量比的降低，压力振荡趋于强烈，而振幅也有显著增大。
通过调制预混室内的流场结构，可以控制火焰内部及火焰表面的涡团脱落过程，是拓宽熄火极限、抑制热声耦合振荡的有效途径。
本文的研究结果为预混燃烧过程热声耦合振荡控制策略的制定提供了实验基础数据。
关键词：预混燃烧，火焰，热声不稳定，声频，流场INVESTIGATIONS ON THE THERMO-ACOUSTICINSTABILITY OF PREMIXED FLAMEAbstractLow NOx combustion techniques such as lean premixed and air staged combustion can decrease the emission of NOx. Unfortunately, because the operating conditions deviates the chemical equivalent ratio, combustion instabilities appear. In this thesis, characteristics of thermo-acoustic instability of premixed flame were investigated experimentally.Firstly, the flame extinct limits of liquefied petroleum gas were measured. And then, the flame structures were analyzed using high speed camera. The photographs of flame reveal that the frequency of eddies shedding from the surface of flame decreases gradually with the increasing of equivalent ratio gets.Secondly, flow field was simulated using FLUENT at the conditions of same equivalent ratio and different air injecting flow-rate. The results show that pressure fluctuation in premixed chamber could be restrained through changing air injecting.Finally, the sound field of premixed chamber and combustion chamber were analyzed using Noise and Vibration Analyzer. The instability combustion appear both in lean oxygen and lean combustion. At the conditions of lean oxygen, with the augment of equivalent ratio, the frequency of pressure oscillations is lower gradually, and the amplitude significantly enhance. At the condition of lean combustion, with the decreasing of equivalent ratio, pressure oscillation will aggrandize, and the amplitude significantly enhanced. The process of eddy both inside and on the surface of the flame could be controlled by adjusting the flow field in premixed chamber, and which is regarded as an efficient path for extending the flame extinct limit and restraining thermal-acoustic combustion instabilityThe results of this thesis are regarded as an experimental basis for the strategy of controlling thermal-acoustic combustion instability in premixed combustion.Keyword: Premixed combustion, Flame, Thermal-acoustic combustion instability, Acoustical frequency, Flow filed符号说明φ——当量比 SPL ——声压级，dB。
条缝式火孔预混燃烧稳定性的实验研究
文章编号：1002-1639（2002）06-0021-04条缝式火孔预混燃烧稳定性的实验研究徐鹏，傅忠诚（北京建筑工程学院燃气教研室，北京100044）摘要：条缝式火孔具有火孔面积大，适于大负荷民用燃气燃烧装置等特点。
而预混燃烧方式可以有效降低污染物排放，但其调节范围小。
因此，目前关于条缝式火孔燃气预混燃烧稳定范围的研究很少见，其应用也不普遍。
本研究通过分析影响火焰稳定性的因素，确定了重点考察对象及实验方案。
在宽度分别为!=1.0，1.1，1.3，1.5mm 的条缝火孔上，使用天然气及液化石油气进行实验研究。
实验研究确定了两种燃气在各个火孔宽度上的回火极限，并得出了在各个火孔宽度上的离焰曲线。
对实验结果及实验中发现的问题进行了分析。
通过实验研究得出，条缝式火孔燃气预混燃烧的稳定范围及其应用前景。
关键词：条缝火孔；预混火焰的稳定性；火孔热强度中图分类号：Tk123；TU83文献标识码：AXU Peng,FU Zhong-cheng(department of Urban Construction,Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China)Large ports area and adaptation to heavy-loaded domestic gas burner feature largely in slotted ports.Pollu-tant emission can be Well reduced by premixed burning,but the adjustable range of load reduces in the meantime.NoW,study reports on the steady range of premixed flame combined With slotted ports have seldom been seen andthe application is not popular.The major factors and experimental arrangements have been determined through analyzing the potential factors.On slotted ports of different Width of 1.0mm, 1.1mm, 1.3mm and 1.5mm,experiments have been carried out With na-ture gas and LPG.Upper limits of back-fire and out-flame curves of tWo different gases on different ports have been obtained.The experiment results and the problemsexisting in the experiment have been analyzed.Through the ex-perimental research,itis found that the steady range of premixed flame on slotted ports can be satisfied With somedomestic gas burners and the effect is good.slotted ports ；stability of premixed flame ；thermal intensity of fire ports1引言火焰传播速度与气流出口速度的大小决定了火焰是否稳定。
超燃烧室火焰稳定技术的试验研究
超燃烧室火焰稳定技术的试验研究超燃烧室火焰稳定技术的试验研究摘要：本文针对超燃烧室火焰的不稳定问题，探究了各种稳定技术，并进行了实验研究。
首先介绍了超燃烧室的工作原理和火焰稳定问题。
然后，对传统的燃料预混和局部掺混技术和冷边缘喷射技术进行了描述，并对它们的优缺点进行了分析。
接着，介绍了近年来发展起来的强场电离技术、针尖电晕放电技术、电场压缩技术、等离子体剪切技术等新型稳定技术，分析比较了它们之间的差异和适用情况。
最后，通过实验研究发现，新型稳定技术能够有效地改善超燃烧室火焰的稳定性，并达到更高的燃烧效率和能量转化率。
关键词：超燃烧室；火焰稳定；燃料预混和局部掺混技术；冷边缘喷射技术；强场电离技术；针尖电晕放电技术；等离子体剪切技术；实验研究。
一、引言超燃烧室的高温高压条件下，会产生不稳定的火焰，导致燃烧效率低下、能源浪费，甚至引发爆炸等严重后果。
因此，如何提高超燃烧室火焰的稳定性，是当前研究的热点之一。
传统的稳定技术如燃料预混和局部掺混技术、冷边缘喷射技术等虽然有效，但仍存在一些缺陷。
近年来，随着科技水平的不断提高，新型稳定技术不断涌现。
本文将重点介绍和比较这些稳定技术，并进行实验研究，以期对超燃烧室火焰的稳定性提升有所助益。
二、超燃烧室的工作原理和火焰稳定问题超燃烧室是指燃烧器内的燃气超过临界速度时，燃气内部压力下降，从而产生的一种可控爆轰燃烧现象。
这种燃烧方式比传统燃烧更高效、更节能、更环保，因而得到了广泛应用。
但实际应用中，由于燃气速度不稳定、混合不均匀等原因，容易产生火焰不稳定的情况。
三、传统的稳定技术1、燃料预混和局部掺混技术燃料预混和局部掺混技术是指将燃料和氧气事先混合，然后分别注入燃烧器的不同位置，使燃气在燃烧器内混合，从而增加火焰的稳定性。
该技术适用于燃气速度较低的情况，但对于燃气速度较高、压力变化较大的情况，可能会产生不稳定的火焰。
2、冷边缘喷射技术冷边缘喷射技术是指通过向燃烧器外壁喷射冷气体，形成稳定的冷边缘，使燃气与冷边缘相互作用，从而增加火焰的稳定性。
乙醇预混火焰胞状不稳定性的数值模拟和理论研究
Key words： ethanol; hydrodynamic instability; thermal-diffusion instability; numerical
simulation； internal combustion engine
Numerical and Theoretical Investigation of Cellular Instability of Premixed Ethanol/Air Flames
ZHANG Ning1, ZHANG Fan1, ZHONG Shenghui1 ,YU Jiangfei2 ,PENG Zhijun1 ,LIU Haifeng1 (1. State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Science and Technology on Scramjet Laboratory, National University of Defense Technology» Changsha 410073, China)
摘要：在一个恒定体积的密闭容器中开展了一系列圆柱形膨胀乙醇预混火焰胞状不稳定性
的数值模拟研究，并通过临界贝克莱数、扰动对数增长率和临界火焰半径等理论分析研究了乙醇
预混火焰胞状不稳定性。结果表明，在初始压力1 MPa、初始温度358 K、当量比0・8〜1. 6条件 下，乙醇预混火焰胞状不稳定性非单调性增加，在当量比为1.2时不稳定性最为强烈。原因是热
文章编号： 1000 — 0925(2020) 02 — 0025 — 07
Vol. 41 No. 2 April 2020
不同初始压力下氢气燃烧的胞状不稳定性及自加速性
不同初始压力下氢气燃烧的胞状不稳定性及自加速性
暴秀超;刘福水;张正芳
【期刊名称】《燃烧科学与技术》
【年(卷),期】2014(000)001
【摘要】采用高速纹影摄像系统和定容燃烧弹对不同初始压力下(0.1～0.5,MPa)氢气燃烧的不稳定性和自加速性进行了实验研究，分析了火焰胞状不稳定性的发展过程和变化规律，分别对比了火焰轮廓及火焰传播速度的自加速表现．研究结果表明，在火焰没有达到一开始就完全胞状化之前，随初始压力的增大，氢气燃烧的不稳定性增强；胞状不稳定的火焰会出现自加速，而稳定火焰不会出现自加速；火焰的加速特性在均布的胞状结构形成后便会出现，其始点与胞状不稳定的火焰临界半径一致，始点过后，火焰的传播速度(或燃烧速度)随着燃烧半径的增加(或燃烧时间的增加)而不断地自加速．
【总页数】6页(P38-43)
【作者】暴秀超;刘福水;张正芳
【作者单位】西华大学交通与汽车工程学院，成都 610039;北京理工大学机械与车辆工程学院，北京 100081;西华大学交通与汽车工程学院，成都 610039
【正文语种】中文
【中图分类】TK16
【相关文献】
1.不同初始压力下掺氢天然气的燃烧特性 [J], 焦琦;苗海燕;黄佐华;蒋德明;曾科
2.基于定容燃烧弹的不同初始压力甲烷爆炸特性研究 [J], 陈昊驰;徐景德;宋晓婷
3.初始压力对氢气燃烧影响的试验分析 [J], 程莎莉;王迎
4.不同稀释率下初始压力对层流燃烧火焰传播的影响 [J], 贾延林; 殷鹏翔; 韩志强; 肖邦
5.天然气在不同初始温度和压力下的燃烧特性研究 [J], 路林;常铭;苗海燕;黄佐华;蒋德明;曾科
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摘
要： 采用高速纹影 系统和定容燃烧弹对预混球形 膨胀火焰 的胞状 不稳定 性进行研 究 ， 分析火 焰胞状不 稳
定性 的表现 、 原 因以及影 响因素。研究 结果表明 ： 火焰胞状 不稳定性 主要 指不等扩散不稳定 和流体力 学不稳定 ； 流 体力学不稳定 的原 因为 ， 曲率 的关 系会使其 流线发散或汇聚 ， 因而相应地 降低 或增 加了流场 的速度 ， 其 主要影 响因 素为火焰厚度 和密度 比 ， 表现为火焰前锋 面产生 裂纹 随后 出现规则 的胞 ； 不等扩散 不稳定 的原 因为前锋 面包络 的 控制体 由于热质不 等扩散的缘故 ， 主要影 响因素为刘 易斯数 ， 表现为火焰表 面布满不规则 的胞 。 关键词 ： 定容燃烧弹 ； 胞 状不稳定性 ； 流体力 学不 稳定 ； 不等扩散不稳定
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｆ ０ ５ ５ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ５ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ — ０ ０ ７ ９— ０ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３—１ ５ ９ Ｘ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ １ ９
第３ ３卷第 １期
Ｖｏ １ ． ３ ３， Ｎｏ ．１
西 华 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘｉ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ・ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ
２ ０ １ ４年 １ 月
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｏ ｕ ｔ ｗａ ｒ ｄ ｌ ｙ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ ｍｉ ｘ ｅ ｄ ｌａ ｆ ｍｅ ｗ ａ ｓ ｅ ａ ￣ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｏ ｍｂ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｃ ｈ ｌ ｉ ｅ ｒ ｅ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｌｕ ｆ ｎ — ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｌ ｆ ａ ｍｅ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｕ ｎ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ — ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｗ ａ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｒ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｇ ｅ ｄ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｃ ｕ ｒ ｖ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ，Ｓ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｏ ｒ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ａ ｍｅ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｂ ｕ ｒ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｕ ｎ ｂ ｕ ｎｅ ｒ ｄ ｚ ｏ ｎ ｅ ｗ ｅ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ａ ｍｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ
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新 能 源汽 车与低 碳 运输 ・
预 混 火 焰 胞 状 不 稳 定 西华 大学交通与汽 车工程学 院，四川 成 都 ６ １ ０ ０ ３ ９ ； ２ ． 北京理工大学机械与车辆工程学院，北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）