大多數(shù)實際應(yīng)用的燃燒系統(tǒng)中都存在壁面,它在氣體動力學、熱力學和反應(yīng)動力學等方面均強烈影響著燃燒過程。事實上,火焰-壁面的相互作用是目前未燃碳氫化學物排放的主要機制之一,隨著排放要求越來越嚴苛,對于燃燒系統(tǒng)效率和碳氫化合物排放限值的要求越來越高,亟需研究火焰-壁面相互作用這一雙向耦合過程。這不僅能為發(fā)動機和各類燃燒室的設(shè)計提供理論依據(jù),還可以豐富燃燒裝置內(nèi)部的近壁面燃燒理論。因此,本文在結(jié)合國內(nèi)外學者對火焰-壁面相互作用研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對壁面作用下的CH₄/Air預(yù)混射流火焰結(jié)構(gòu)及燃燒特性進行了實驗和數(shù)值模擬研究。具體研究內(nèi)容和成果如下:（1）搭建了用于研究射流火焰與壁面相互作用的實驗臺架�；趯嶒炁_架的相關(guān)參數(shù),耦合相關(guān)化學反應(yīng)機理,建立了壁面作用下CH₄/Air預(yù)混燃燒過程的二維數(shù)值計算模型,并進行了實驗驗證,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有較好的一致性。（2）通過實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對比無壁面作用的情況,給出了不同雷諾數(shù)下壁面對CH₄/Air預(yù)混射流火焰特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,壁面作用下的預(yù)混錐輪廓長度小于無... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

常用壁面淬火方案的分類[1]

江蘇大學碩士學位論文3圖1.1常用壁面淬火方案的分類[1]Fig.1.1Classificationofgenericwallquenchingscenarios[1]在正面淬熄（HOQ）時，火焰向壁面?zhèn)鞑ィ鹧媲岸撕捅诒砻娴姆较蚴窍喾吹�。圖1.2為目前一些學者[2,24-26]通過實驗研究的正面淬熄裝置圖。HOQ始終是一個瞬態(tài)事件，一般通過火花（電或激光）在壁面前將預(yù)混混合物引燃。然后火焰通過最初停滯狀態(tài)的氣體混合物向壁面?zhèn)鞑ィ▓D1.2a-c）或通過對流的方式（層流流動或湍流流動）向壁面（圖1.2d）傳播。Poinso和Bruneaux等人[27,28]通過DNS模擬計算了正面淬火過程，如圖1.3所示。最開始火焰以恒定的速度傳播（Peclet數(shù)隨時間線性減少），直到火焰開始“感知”到壁面的存在，第一階段是近壁火焰（時間t<1.4），接下來由于壁面作用火焰淬熄（1.4<t<3.3），這是第二階段。最后第三階段是“后淬火階段”（淬火后氧化，t>3.3）。（a）（b）（c）（d）圖1.2正面淬火裝置圖。預(yù)混合物在壁面前點燃，引發(fā)火焰向壁面?zhèn)鞑ィ海╝）Foucher等人[24]；（b）Boust等人[25]；（c）Saggau等人[26]；（d）Mann等人[2]Fig.1.2SketchesofHOQconfifigurations(a)Foucheretal.[24],(b)Boustetal.[25],(c)Saggau[26],and(d)aconvectiveflow,whichiseitherlaminarorturbulentMannetal.[2].

壁面作用下的甲烷/空氣預(yù)混射流火焰結(jié)構(gòu)與燃燒特性4圖1.3層流正面淬火的數(shù)值模擬結(jié)果[27,28]Fig.1.3NumericalresultsfromlaminarHOQ[27,28]側(cè)面淬熄（SWQ）的火焰是平行于壁面?zhèn)鞑サ腫29,30]。在這種情況下，對于初始停滯或?qū)恿骰旌蠚�，火焰的正常方向離壁面足夠遠，壁面與火焰相互垂直。壁面法向和瞬時火焰法向在火焰-壁面相互作用的瞬間，二者的角度通常偏離90°。圖1.4為部分實驗研究的側(cè)面淬熄（SWQ）結(jié)構(gòu)[25,31-34]。典型的SWQ裝置研究的是V形火焰，其中一個或兩個火焰分支與壁面相互作用，如圖1.4（c）所示。即使在最簡單的混合物停滯情況下，SWQ本質(zhì)上也是一個二維問題。與HOQ相比，側(cè)壁構(gòu)型的淬火僅發(fā)生在靠近壁面的那部分火焰中。因此，SWQ期間的火焰距離壁面更遠，散熱更少。SWQ配置的另一個不同之處是，在FWI瞬間釋放最大熱量的位置之后，平均時間要比火焰后氣體傳遞到固體壁的時間更長。因此，釋放熱量最大的位置對于疲勞失效尤為重要，擴展的火焰后區(qū)域?qū)τ趦?yōu)化燃燒室壁的冷卻至關(guān)重要。（a）（b）（c）圖1.4側(cè)面淬火裝置圖（a）火焰在封閉的靜止混合物中點燃，并沿著壁面移動[25]；（b）火焰穩(wěn)定在多孔板上方的對流層流中穩(wěn)定[31-33]；（c）層流或湍流中穩(wěn)定的V型-火焰[34]Fig.1.4SketchesofSWQconfifigurations

【參考文獻】：
期刊論文
[1]壁面反應(yīng)對微小通道內(nèi)火焰影響的數(shù)值研究[J]. 鄭曉峰,馮耀勛,張立志.  熱能動力工程. 2017(04)
[2]壁面反應(yīng)對微小空間內(nèi)甲烷/空氣著火特性的影響[J]. 楊浩林,霍杰鵬,蔣利橋,汪小憨,趙黛青.  燃燒科學與技術(shù). 2015(03)
[3]等溫壁面條件壁面反應(yīng)對微小通道內(nèi)H2/空氣預(yù)混火焰的影響[J]. 馮耀勛,楊浩林,趙黛青.  中國電機工程學報. 2013(23)
[4]壁面附近火焰OH自由基行為的PLIF研究[J]. 馮耀勛,楊浩林,蔣利橋,汪小憨,趙黛青,山下博史.  工程熱物理學報. 2011(04)



本文編號：3385076