同轴射流非预混火焰闪烁特性及非线性分析

发布时间：2021-07-12 06:07

　　以同轴射流燃烧器为研究对象,对6 mm、11.4 mm和17.4 mm 3种燃烧器直径下的甲烷空气同轴射流扩散火焰进行数值模拟,研究了氧气质量分数在23%～48%内扩散火焰的闪烁特性。结果表明:使火焰稳定的伴流速度比值U_r随着燃烧器直径的增大而增加,3种燃烧器直径下抑制火焰振荡所对应的U_r值分别为0.647、2.2和11.4;作用在火焰面外部的涡旋随着U_r的增大逐渐向火焰下游推移,同时峰值闪烁频率增加,而火焰的振荡幅度逐渐减小,流动与换热特性由周期性振荡转变为混沌状态;火焰的振荡幅度随着氧气质量分数的增加而减小,当氧气质量分数为48%时,火焰的闪烁峰值频率为10 Hz,且火焰闪烁的峰值频率不随氧气质量分数发生变化。 

【文章来源】：动力工程学报. 2020,40(07)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

不同燃料体积流量下平均火焰高度

为了探究不同燃烧器直径下非预混火焰的闪烁规律,图5给出了燃烧器直径为6 mm、11.4 mm和17.4 mm时火焰振荡幅度随Ur的变化曲线。由图5可知,随着Ur的增加,振荡幅度逐渐减小。但振荡幅度变化的快慢与燃烧器直径相关,di=6 mm时,火焰脉动的振荡幅度变化较快,对应的Ur为0.647。当Ur>0.6时,火焰闪烁被抑制。di为11.4 mm和17.4 mm时抑制火焰闪烁对应的Ur分别为2.2和11.4。随着燃烧器直径的增加,相同燃料体积流量下使火焰稳定的Ur也越来越大。这主要是因为相同体积流量下,燃烧器直径越大,燃料出口流速反而越小,浮升力的影响在流动中占据主导地位,而流场中涡的形成主要受浮升力影响,因此相同燃料体积流量下,燃烧器喷口直径越大,抑制火焰面振荡对应的Ur越大。图6给出了无量纲闪烁频率St随Ur的变化情况。从图6可以看出,St随Ur的增加缓慢增加,当燃烧器直径较大(di=17.4 mm)时,曲线出现了频率的突增,而在较小的燃烧器直径下,闪烁频率突变并不明显,这主要是由于燃烧器直径较大时,只有Ur增加到较大值时才能抑制火焰的闪烁现象。结合图5和图6可知,di=17.4 mm时,当Ur≥3时,振荡幅度急剧减小,闪烁频率突增,这可能是由于闪烁行为发生了改变,使得火焰顶部的收缩、脱离现象消失,从而转变为火焰轴线方向上的脉动;随着Ur的增加,无量纲闪烁频率增加,火焰脉动的振幅减小。燃烧器直径越大,火焰脉动振幅减小的速率越慢,抑制火焰闪烁对应的Ur越大。

图6给出了无量纲闪烁频率St随Ur的变化情况。从图6可以看出,St随Ur的增加缓慢增加,当燃烧器直径较大(di=17.4 mm)时,曲线出现了频率的突增,而在较小的燃烧器直径下,闪烁频率突变并不明显,这主要是由于燃烧器直径较大时,只有Ur增加到较大值时才能抑制火焰的闪烁现象。结合图5和图6可知,di=17.4 mm时,当Ur≥3时,振荡幅度急剧减小,闪烁频率突增,这可能是由于闪烁行为发生了改变,使得火焰顶部的收缩、脱离现象消失,从而转变为火焰轴线方向上的脉动;随着Ur的增加,无量纲闪烁频率增加,火焰脉动的振幅减小。燃烧器直径越大,火焰脉动振幅减小的速率越慢,抑制火焰闪烁对应的Ur越大。3.2 不同伴流速度比值下火焰闪烁的非线性分析

【参考文献】：
期刊论文
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[2]甲烷/氧气层流同轴射流扩散火焰OH*自由基的数值研究[J]. 何磊,龚岩,郭庆华,胡翀赫,于广锁.  光谱学与光谱分析. 2018(03)
[3]同轴自由射流火焰的实验研究[J]. 郭庆华,梁钦锋,颜卓勇,于广锁,于遵宏.  燃烧科学与技术. 2008(05)
[4]数据采集在火焰闪烁频率的测量研究及分析中的应用[J]. 安志伟,袁宏永,屈玉贵.  火灾科学. 2000(02)



本文编号：3279364