合成气湍流火焰的OH-PLIF测量及表征.pdf

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1、硕士学位论文合成气湍流火焰的OH-PLIF测量及表征SYNGASTURBULENTFLAMEMEASUREMENTANDCHARACTERIZATIONBYOH-PLIF张茁哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK224.1学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工学硕士学位论文合成气湍流火焰的OH-PLIF测量及表征硕士研究生：张茁导师：邱朋华教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK224.1U.D.C:621.1

2、8ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringSYNGASTURBULENTFLAMEMEASUREMENTANDCHARACTERIZATIONBYOH-PLIFCandidate：ZhangZhuoSupervisor：Prof.QiuPenghuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ThermalEnergyEngineeringAffiliation：SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence：June,2018Degree-

3、Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要工程应用中的火焰多为湍流火焰，而对湍流燃烧机理与湍流瞬态特性研究的不足，给合成气燃烧设备的设计与应用带来了极大地阻碍。因此本文深入研究了CO/H2/O2/N2合成气预混湍流火焰的瞬态与稳态燃烧特性，为合成气预混湍流火焰的燃烧反应机理的改进提供了参考。本文搭建了预混湍流合成气本生灯激光诊断实验台，采用国内领先的100Hz平面激光诱导荧光技术（PLIF）对合成气预混湍流火焰进行了燃烧流场诊断，得到燃烧场的OH浓度分布。获得了当量比、H2含量

4、、湍流强度对合成气预混湍流火焰时均OH浓度、相对荧光强度、湍流火焰速度以及火焰脉动的影响规律。实验表明，时均OH浓度，同一轴向位置的相对荧光强度都随着当量比、H2含量、湍流强度的增加而增大。当量比增大，燃烧更加剧烈时均OH浓度最大值出现的位置距喷嘴出口越近；氢气含量增加，使OH浓度变大，但是由于OH不能立即被消耗，使时均OH浓度最大值位置稍有增高；由于湍流强度增加，加强了传热传质作用，时均OH浓度最大值位置随之下降。相对荧光强度都呈先上升后下降的趋势，变化规律与时均OH最大值一致。使用角度法计算了统计平均后OH-PLIF图像的湍流火焰速度，结果表明湍流火焰速度比层

5、流火焰速度大得多，当量比，氢气含量，湍流强度的增加都能够提高湍流火焰速度。为了得到预混湍流火焰的瞬时规律，对5000张连续瞬时OH-PLIF图像进行了统计学分析。结果表明，相对荧光最大值及其所在轴向高度的概率呈高斯分布。当量比，氢气含量，湍流强度的增大能够增大高温区温度的脉动，减小最大释热量空间位置的波动。关键词：湍流火焰OH-PLIF当量比氢气含量湍流强度I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractThecombustionofsyngascanreduceharmtotheenvironmentsignificantly,whiletheinsufficien

6、tlyunderstandingofthemechanismofsyngascombustionhinderthewayofusingiteffectively.Basedonthatcontext,apremixedturbulentBunsenburnertestrigwassetup.Usingplanarlaserinducedfluorescence（OH-PLIF）technology,whichhasbeenwidelyusedfordecadesinthefieldofcombustiondiagnosis,theeffectsofequivale

7、nceratio,H2contentandturbulenceintensityontheaverageOHconcentration,relativefluorescenceintensity,turbulentflamevelocityandfluctuationofpremixedturbulentflameswereanalyzed.Underallexperimentalconditions,themaximumaverageOHconcentrationandtherelativefluorescenceintensityofthesamepositi

8、onris