貧燃預(yù)混燃燒(Lean Premixed Combustion,LPC)是一種通過降低當量比,從而有效降低污染物生成的清潔燃燒技術(shù)。但LPC燃燒不穩(wěn)定性問題(如燃燒振蕩、吹熄、回火)等成為亟待解決攻克的關(guān)鍵癥結(jié)。貧燃預(yù)混燃燒中火焰宏觀形態(tài)的轉(zhuǎn)變被認為是燃燒不穩(wěn)定出現(xiàn)的前兆,其誘發(fā)機理復(fù)雜,不僅與當量比、旋流數(shù)、燃燒器結(jié)構(gòu)等密切相關(guān),而且涉及到旋流燃燒室內(nèi)火焰與流場的耦合作用過程。目前,針對火焰宏觀形態(tài)、火焰-流場耦合作用機理與火焰形態(tài)轉(zhuǎn)變之間關(guān)聯(lián)行為的科學(xué)問題,國內(nèi)外前沿多以平面激光診斷技術(shù)為基礎(chǔ),開展實驗研究。本論文在進行充分文獻調(diào)研和平面三維激光診斷實驗的基礎(chǔ)上,更進一步拓展了旋流流場三維空間診斷技術(shù),實現(xiàn)了測量方法的創(chuàng)新,為更深入探索旋流燃燒不穩(wěn)定機理奠定了重要基礎(chǔ)。本文的主要工作與成果包括:(1)構(gòu)建了貧燃預(yù)混旋流燃燒實驗平臺,包括2D/3D激光診斷系統(tǒng)、旋流燃燒模型燃燒室、流化床示蹤粒子發(fā)生系統(tǒng)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制系統(tǒng)和氣源供給系統(tǒng)。平臺可開展包含2D-PIV(2D2C)/Stereo-PIV(2D3C)/Tomographic PIV(3D3C)在內(nèi)的多種流場測量、OH*火焰自發(fā)光火焰形態(tài)診斷和流場-火焰同步測量,并具備流場重構(gòu)、數(shù)據(jù)與圖像后處理能力。以此作為旋流燃燒室內(nèi)宏觀火焰形態(tài)轉(zhuǎn)變及對應(yīng)流場耦合作用的研究基礎(chǔ),開展并完成了本文研究工作;(2)旋流燃燒室的2D空間診斷。研究表明,無論冷態(tài)還是熱態(tài),流場均呈現(xiàn)“兩區(qū)雙層”結(jié)構(gòu),即中心回流區(qū)、外回流區(qū)、內(nèi)剪切層和外剪切層。同時,對比同步拍攝的瞬態(tài)火焰-流場宏觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)旋流火焰受流場內(nèi)的渦結(jié)構(gòu)影響而變得扭曲和卷曲,同時發(fā)現(xiàn)由于流動不穩(wěn)定性,流場中外回流區(qū)回流的流體卷吸火焰鋒面,導(dǎo)致火焰脫離剪切層,隨著流體的回流而傳播到上游的外回流區(qū)導(dǎo)致了火焰由緊縮型變?yōu)镸型。(3)旋流燃燒室的3D空間診斷。研究表明,旋流燃燒室內(nèi)三維流場呈螺旋式上升結(jié)構(gòu),隨著旋流數(shù)增大,壓差導(dǎo)致燃燒室中央流動逆流,即形成中心回流區(qū),可起到點火源的作用;在相同的入口條件下,在燃燒室噴嘴附近產(chǎn)生了內(nèi)外兩層大尺度旋渦,這些大尺度渦受流場的拉伸和剪切作用逐漸衰減和破碎,隨著流場向下游發(fā)展,這些渦在下游分解成小尺度渦旋,并最終通過湍流擴散和粘性阻尼消散。本文工作為研究和設(shè)計工業(yè)貧燃預(yù)混燃燒室提供了一些參考價值,并為更深入探索三維空間旋流燃燒不穩(wěn)定機理奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ038

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本文編號：2826088