富氢燃烧球形膨胀火焰不稳定性与胞状化特性研究

发布时间：2020-08-08 01:53

【摘要】：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_(eff)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_c时的Peclet数仅随当量比变化,与初始压力无关。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK16
【图文】：

层流预混火焰,一维稳态

并探索出了多种不稳定机制。在火焰表面逐渐分裂成为很多焰表面会存在很多的褶皱，而火焰“细胞”的表面也往往是凸起的火焰面积增大，因此火焰整体速度会加快。在火焰半径逐渐增大的火焰表面发生胞状化现象，这些火焰“细胞”的产生使火焰速度变这一火焰速度加大的现象即所谓的火焰自加速现象。对球形膨胀预混火焰的研究都是从对层流预混火焰的研究基础要研究球形膨胀预混火焰必须先了解层流预混火焰的基本理论，从层流预混火焰和球形膨胀预混火焰两个方面阐述国内外的研究现形膨胀预混火焰理论）层流预混火焰理论1.1 是一维稳态层流预混火焰结构示意图，从左到右依次是未燃区，应区，产物区。整个过程如图所示，左边未燃区的未燃气体从上游

当量比,情况,燃料种类,空气分子

图 1.2 Markstein 数随当量比 Φ 的变化情况到的规律是分子量的大小确实会影响马克斯坦数 M子量大于空气分子量的燃料种类，马克斯坦数随着子量小于空气分子量的燃料种类，马克斯坦数则随ld 和 Matalon[12]还推导了不同燃料的马克斯坦数计算与燃料分子的热扩散高度相关，式中为有效路提到。是泽尔多维奇数（Zel’dovich number），Ta的温度，E 是活化能，R0是气体常数。坦数的计算公式，Paul 和 Forman[13]也给出了他们的

规律,路易斯数,当量比

华中科技大学硕士学位论文差异造成了他们必将在整个扩散过程中保持不了平衡，而这种不平衡又会对火焰温度造成影响，最终的结果就是火焰速度会受到这种不平衡的明显影响。为了评价这种热质扩散不平衡现象并量化其影响大小，研究人员定义了一个新的无量纲数——Lewis 数，其具体公式如式 1.10 所示。thije=DLD（1.10）其中， h 表示未燃混合物的热扩散系数，表示反应物的质量扩散系数。决定整个反应体系有效路易斯数的有两个部分，一部分是燃料的路易斯数，另一部分则是氧化剂的路易斯数。大量试验证明，当量比会改变反应体系中燃料浓度和氧化剂影响化学反应速度的强弱对比关系，当量比小于 1 时，决定有效路易斯数的主要是燃料的路易斯数，当量比大于 1 时，决定有效路易斯数的

【参考文献】