本文關(guān)鍵詞：聲作用下渦與火焰耦合影響NO_x生成的實(shí)驗(yàn)與模型研究

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【摘要】：不同聲場作用下甲烷/空氣部分預(yù)混火焰NOx生成特性尚未獲得系統(tǒng)的研究和認(rèn)識,基于渦與火焰耦合作用,分析聲參數(shù)、流場參數(shù)對部分預(yù)混火焰EINOx生成具有重要的工程價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。為了探索不同聲作用下EINOx生成特性與機(jī)理,搭建了揚(yáng)聲器激勵(lì)下火焰NOx生成與動(dòng)力學(xué)研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過熱電偶測溫、火焰圖像采集與處理、PIV速度場測試、NOx測量等實(shí)驗(yàn)手段,系統(tǒng)給出了流場參數(shù)、聲參數(shù)對部分預(yù)混火焰EINOx生成的影響規(guī)律,從渦的角度細(xì)致地分析了影響的機(jī)理,基于渦運(yùn)動(dòng)理論與對流波理論構(gòu)建了聲作用下部分預(yù)混火焰EINOx生成的動(dòng)力學(xué)模型。本文的主要工作和成果如下:1.聲參數(shù)、流場參數(shù)對聲作用下部分預(yù)混火焰NOx生成的作用規(guī)律細(xì)致分析了當(dāng)量比、二次風(fēng)流速、射流Re數(shù)等流場參數(shù)和頻率、振幅等聲場參數(shù)對聲作用下部分預(yù)混火焰EINOx生成的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):①當(dāng)量比對EINOx的作用在4出現(xiàn)轉(zhuǎn)折,當(dāng)量比小于4時(shí),EINOx隨當(dāng)量比的增加而降低;當(dāng)量比大于4時(shí),隨當(dāng)量比的增加而趨于平穩(wěn);②二次風(fēng)流速增加使得火焰長度減小,EINOx降低;③預(yù)混氣Re數(shù)增加,使渦的作用向火焰下游轉(zhuǎn)移,對火焰影響減弱,使得EINOx增大;④頻率對EINOx的影響存在臨界頻率[170,190]cf?,當(dāng)小于cf時(shí),隨頻率增大,渦作用逐漸向火焰上游轉(zhuǎn)移,EINOx增大,且EINOx?kf?b,k?[0.01,0.03],b?[0.4,0.5];當(dāng)大于cf時(shí),隨頻率增加EINOx變化規(guī)律不明顯;⑤振幅對EINOx影響也存在一致的臨界頻率,當(dāng)小于cf時(shí),隨振幅增加,渦作用逐漸增強(qiáng),火焰長度明顯減小,EINOx隨之減小,且EINOx?k A?b,k?[?0.009,?0.003],b?[1,5];當(dāng)大于cf,EINOx隨振幅增加逐漸增加。2.聲作用下渦與擴(kuò)散火焰耦合降低NOx生成的作用規(guī)律在給出聲場參數(shù)與流場參數(shù)對擴(kuò)散火焰EINOx影響規(guī)律的同時(shí),通過對流場中渦結(jié)構(gòu)的分析,細(xì)致分析了聲作用下擴(kuò)散火焰內(nèi)聲與渦、渦與EINOx的關(guān)系:①隨燃?xì)釸e數(shù)的增加,火焰長度增大,EINOx增加;②二次風(fēng)流速增加,氧化劑逐漸由足量過度至過量,反而降低火焰溫度,EINOx反應(yīng)速率加快,總量先增大后減小;③頻率對聲作用下擴(kuò)散火焰EINOx的影響也存在cf的同時(shí),還存在共振頻率,在共振頻率下火焰發(fā)生彎曲與褶皺,火焰被壓縮入燃燒器內(nèi),EINOx明顯減小;④頻率小于cf時(shí),EINOx隨振幅增加而減小,且滿足線性方程;但大于cf時(shí),EINOx隨振幅增加而增大;⑤聲作用下擴(kuò)散火焰EINOx與火焰流場內(nèi)渦直徑和渦作用高度成正比,與渦的生命周期成反比;⑥聲振幅與渦直徑、渦作用高度和渦生命周期均成反比,且存在確定的線性關(guān)系;⑦聲場頻率與渦生命周期成正比。3.聲作用下渦與部分預(yù)混火焰耦合作用降低NOx生成的動(dòng)力學(xué)模型基于渦運(yùn)動(dòng)理論,分析了聲作用下擴(kuò)散火焰鋒面EINOx與渦結(jié)構(gòu)和渦運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系,并形成對應(yīng)的現(xiàn)象學(xué)模型:①隨渦直徑增大,渦旋轉(zhuǎn)速度減小,渦作用減小,EINOx增大,且EINOx(35 108)/100vortex?d?;②隨渦作用高度的增加,渦向下游轉(zhuǎn)移,對火焰影響減小,EINOx增大,且EINOx?(S?7)/10;③渦生命周期與EINOx成正比,隨生命周期增加,火焰停留時(shí)間增加,EINOx增大;④隨聲作用下擴(kuò)散火焰投影面積、火焰表面積、火焰體積增加,NOx生成空間區(qū)域增加,EINOx增大,且1/2100EINOx 10 108f?A?,1/2EINOx 0.076 1.08s?A?,1/3EINOx 0.091 1.08f?V?;⑤通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對上述關(guān)系模型進(jìn)行驗(yàn)證,誤差小于10%。基于對流波理論,分析了聲作用下預(yù)混火焰鋒面EINOx生成與對流波波長和脈動(dòng)振幅的關(guān)系,并形成了EINOx生成的動(dòng)力學(xué)模型:①隨對流波波長增加,NOx生成的空間條件被強(qiáng)化,EINOx增大;②脈動(dòng)位移和火焰St數(shù)與EINOx生成成反比,且EIN O x?0.3?,'EINOx 0.005+4A????St;③基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證,符合模型準(zhǔn)確性的要求。通過比例方法耦合擴(kuò)散鋒面與預(yù)混鋒面的EINOx生成模型,①形成了聲作用下渦與部分預(yù)混火焰耦合影響EINOx生成的動(dòng)力學(xué)模型,如式5-64;②通過部分預(yù)混火焰EINOx生成與PIV圖像進(jìn)行驗(yàn)證,以vortexd為中間參數(shù)的模型誤差為10%,而以S為中間參數(shù)的模型誤差為22.2%;③通過引入具有化學(xué)反應(yīng)因素的Da數(shù)修正EINOx生成模型,使模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差均降低至10%以內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：甲烷 部分預(yù)混火焰 渦與火焰耦合 氮氧化物 動(dòng)力學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-37
• 1.1 引言13-17
• 1.1.1 概述13-15
• 1.1.2 學(xué)術(shù)價(jià)值15-16
• 1.1.3 工程意義16-17
• 1.2 聲作用下火焰NO_x生成的影響因素17-24
• 1.2.1 當(dāng)量比17-18
• 1.2.2 燃料流速與伴流流速18-21
• 1.2.3 聲頻率21-22
• 1.2.4 聲振幅22-23
• 1.2.5 組合參數(shù)23-24
• 1.3 渦與火焰耦合影響火焰NO_x生成的研究現(xiàn)狀24-30
• 1.3.1 聲作用下火焰NO_x生成機(jī)理研究現(xiàn)狀24-26
• 1.3.2 渦結(jié)構(gòu)影響NO_x生成研究現(xiàn)狀26-30
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容30-37
• 1.4.1 課題的提出30-33
• 1.4.2 研究目標(biāo)與內(nèi)容33
• 1.4.3 本文架構(gòu)33-35
• 1.4.4 創(chuàng)新之處35-37
• 第2章 聲作用下火焰NO_x測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測試方法37-55
• 2.1 引言37-38
• 2.2 聲作用燃燒過程試驗(yàn)裝置38-41
• 2.2.1 聲環(huán)境發(fā)生裝置38-40
• 2.2.2 定位裝置40-41
• 2.3 燃?xì)馀c空氣管路41-44
• 2.3.1 燃?xì)馀c空氣管路設(shè)計(jì)41-43
• 2.3.2 流量控制43-44
• 2.4 測試系統(tǒng)44-53
• 2.4.1 壓力信號采集系統(tǒng)44-45
• 2.4.2 溫度信號采集系統(tǒng)45-46
• 2.4.3 污染物測試系統(tǒng)46-48
• 2.4.4 圖像采集系統(tǒng)48-49
• 2.4.5 粒子成像測速（PIV）系統(tǒng)49-53
• 2.5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的聲學(xué)特性53-55
• 第3章 聲作用下渦與部分預(yù)混火焰耦合機(jī)制對NO_x生成的影響55-101
• 3.1 引言55-66
• 3.1.1 NO_x測試數(shù)據(jù)處理與誤差分析55-57
• 3.1.2 火焰長度的獲取方法57-61
• 3.1.3 PIV系統(tǒng)測試參數(shù)選取與渦的捕捉方法61-66
• 3.2 流場參數(shù)對聲作用下部分預(yù)混火焰NO_x生成的影響66-76
• 3.2.1 當(dāng)量比的影響66-71
• 3.2.2 二次風(fēng)流速的影響71-74
• 3.2.3 預(yù)混氣雷諾數(shù)的影響74-76
• 3.3 聲參數(shù)對部分預(yù)混火焰NO_x生成的影響76-87
• 3.3.1 頻率的影響76-84
• 3.3.2 振幅的影響84-87
• 3.4 渦與火焰耦合機(jī)制對聲作用下部分預(yù)混火焰NO_x生成的影響87-99
• 3.4.1 聲作用下部分預(yù)混火焰流場中渦的可視化87-89
• 3.4.2 火焰中渦的發(fā)展過程89-93
• 3.4.3 流場參數(shù)對火焰渦結(jié)構(gòu)的影響93-95
• 3.4.4 聲參數(shù)對火焰渦結(jié)構(gòu)的影響95-99
• 3.5 本章小結(jié)99-101
• 第4章 聲作用下擴(kuò)散火焰NO_x生成影響因素的實(shí)驗(yàn)研究101-129
• 4.1 引言101-103
• 4.2 流場參數(shù)對聲作用下擴(kuò)散火焰NO_x生成的影響103-110
• 4.2.1 Re數(shù)的影響103-104
• 4.2.2 二次空氣流速的影響104-110
• 4.3 聲參數(shù)對聲作用下擴(kuò)散火焰NO_x生成的影響110-117
• 4.3.1 頻率的影響110-113
• 4.3.2 振幅的影響113-116
• 4.3.3 共振頻率的影響116-117
• 4.4 聲作用下擴(kuò)散火焰EINO_x生成數(shù)學(xué)模型構(gòu)建117-127
• 4.4.1 冷態(tài)流場內(nèi)聲與渦的關(guān)系117-123
• 4.4.2 擴(kuò)散火焰中聲與渦關(guān)系123-126
• 4.4.3 基于渦運(yùn)動(dòng)理論的聲作用下擴(kuò)散火焰EINO_x生成數(shù)學(xué)模型126-127
• 4.5 本章小結(jié)127-129
• 第5章 渦與火焰耦合降低NO_x生成的動(dòng)力學(xué)模型研究129-171
• 5.1 引言129-139
• 5.1.1 火焰NO_x生成模型綜述129-133
• 5.1.2 流場變化影響NO_x生成化學(xué)反應(yīng)133-138
• 5.1.3 渦與火焰耦合降低NO_x生成模型的構(gòu)建假設(shè)與方法138-139
• 5.2 聲作用下擴(kuò)散火焰NO_x生成模型構(gòu)建139-150
• 5.2.1 一維模型構(gòu)建139-142
• 5.2.2 二維模型的發(fā)展142-145
• 5.2.3 三維模型的探索145-147
• 5.2.4 模型的驗(yàn)證147-150
• 5.3 聲作用下預(yù)混火焰鋒面NO_x生成模型構(gòu)建初探150-156
• 5.3.1 對流波理論的引入150-151
• 5.3.2 基于對流波理論的預(yù)混火焰鋒面NO_x生成模型探索151-155
• 5.3.3 模型驗(yàn)證155-156
• 5.4 聲作用下部分預(yù)混火焰NO_x生成模型構(gòu)建156-167
• 5.4.1 模型的構(gòu)建156-159
• 5.4.2 模型的驗(yàn)證159-164
• 5.4.3 模型的修正164-167
• 5.5 本章小結(jié)167-171
• 第6章 結(jié)論與展望171-175
• 6.1 結(jié)論171-173
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)173
• 6.3 展望173-175
• 符號說明175-179
• 附錄179-181
• 參考文獻(xiàn)181-192
• 致謝192-193
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果193-194

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1 王岳,雷宇,張孝謙,J.Konig,C.Eigenbrod;浮力對皺折鋒面預(yù)混V形火焰的影響[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2002年06期

2 王偉剛,孔文俊,張培元;低壓環(huán)境下熱薄固體燃料表面火焰?zhèn)鞑?shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2004年05期

3 丁以斌;孫金華;何學(xué)超;尹藝;徐耀;黃新杰;;鋯粉塵云的火焰?zhèn)鞑ヌ匦訹J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2010年04期

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6 薛治家;于慶波;劉慧;史俊瑞;;過濾燃燒火焰鋒面不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年09期

7 徐立長;;介紹英國建筑材料的表面火焰?zhèn)鞑シ旨壏椒╗J];消防科學(xué)與技術(shù);1990年03期

8 王海暉,王清安,黃強(qiáng);空間方位對木材燃燒火焰?zhèn)鞑サ挠绊慬J];工程熱物理學(xué)報(bào);1991年02期

9 王海暉,王清安,黃強(qiáng);木材燃燒火焰?zhèn)鞑サ膶?shí)驗(yàn)研究[J];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);1991年02期

10 王海暉;王清安;;木條及其框架火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律的研究[J];自然科學(xué)進(jìn)展;1992年04期

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1 徐曉楠;;火焰?zhèn)鞑ツＰ偷姆治雠c探討[A];2007年中國阻燃學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

2 龐磊;呂良海;姚偉;;不同燃?xì)鉂舛认率覂?nèi)燃?xì)獗蓟鹧娌胺秶植继卣鱗A];2012中國消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集（上）[C];2012年

3 王成;盧捷;寧建國;;煤氣爆炸極限及火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律研究[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（上）[C];2005年

4 王雙峰;肖原;任坦;胡俊;;弱對流條件下固體材料表面火焰?zhèn)鞑パ芯縖A];第七屆全國流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

5 應(yīng)展烽;陳志華;范寶春;;管內(nèi)燃燒爆炸過程中火焰與方柱相互作用研究[A];第八屆全國爆炸力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

6 王成;寧建國;;不同環(huán)境條件下煤氣爆炸特性的研究[A];北京力學(xué)會(huì)第13屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

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1 沈忠良;聲作用下渦與火焰耦合影響NO_x生成的實(shí)驗(yàn)與模型研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

2 王岳;重力對稀燃弱湍流預(yù)混V形火焰的影響[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2002年

3 丁以斌;鋯粉云火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘膶?shí)驗(yàn)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

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6 李龍歡;球形火焰半徑測量技術(shù)研究及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)[D];武漢理工大學(xué);2014年

7 陳強(qiáng)強(qiáng);中餐灶火焰適配性研究[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

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10 李江濤;微型圓管結(jié)構(gòu)對火焰?zhèn)鞑ヒ种谱饔玫臄?shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2006年

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本文編號：863014