预混层流本生灯顶端局部Karlovitz数.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn#预混层流本生灯顶端局部Karlovitz数**聂要辉,王金华,黄佐华,蔡骁,张玮杰,余芊芊(西安交通大学动力工程多向流国家重点实验室西安710049)5摘要:利用预混层流本生灯结合OH-PLIF火焰结构激光诊断技术获得了合成气以及丙烷预混层流本生灯火焰图像,发现火焰会出现顶端开口现象并得到了发生顶端局部开口的临界当量比。结果表明:可以用局部Karlovitz数衡量本生灯火焰的顶端开口现象,掺氢比为0.6、0.7的合成气火焰顶端熄灭的局部Karlovitz数分

2、别为4.5和4.0。本生灯火焰和对冲火焰拉伸率引起因素的不同导致其熄灭时局部Karlovitz数变化趋势不同。10关键词:本生灯;顶端开口;局部Karlovitz数中图分类号:TK16LocalKarlovitznumberattipofpremixedBunsenflameNieYaohui,WangJinhua,HuangZuohua,CaiXiao,ZhangWeijie,YuQianqian15(StateKeyLaboratoryofMultiphaseFlowinPowerEngineering,Xi'anJ

3、iaotongUniversity,Xi'an,710049)Abstract:ThedigitalandOH-PLIFimagesofsyngasandpropaneBunsenflamesweregainedbytheOH-PLIFsystem,andthecriticalequivalenceratioatthebeginningtipopeningofdifferentfractionsofH2wasconfirmed.Resultdemonstrate:ThelocalKarlovitznumberscanbe

4、usedtomeasurethetip20openingphenomenon,andthelocalKarlovitznumbersattheopeningofSyngasBunsenflameis4.5and4.0.ThedifferenttrendsoflocalKarlovitznumberiscausedbythedifferentstretchfactorsbetweenBunsenflameandcounterflowflame.Keywords:BunsenFlame;tipopening;LocalKar

5、lovitznumber250引言预混层流本生灯火焰顶端开口是一个经典的火焰局部熄灭现象。在本生灯火焰顶端,局部强烈的负拉伸以及优先扩散作用导致其火焰在燃料有效Lewis数小于1时出现燃烧减弱甚[1-3]至熄灭。这种局部火焰结构可以看做是湍流火焰凹凸褶皱结构中一个局部火焰模型,其30研究对于层流火焰动力学理论发展和湍流燃烧模型的构建都有重要意义。有效Lewis数能够在趋势上对本生灯火焰顶端燃烧加强或者减弱现象进行预测,然而,对于本生灯火焰发生局部熄灭的临界条件,有效Lewis数并不能进行精确的判断。[4]在火焰动力学理论

6、研究中,火焰拉伸率κ是一个重要参数。火焰拉伸率通常无量纲化为Karlovitz数Ka。Ka代表垂直于无拉伸火焰面方向火焰反应时间δ00/SL和火焰面切向流35动时间之比,其中δα000=/SL,δ0和SL0分别代表无拉伸火焰厚度及速度。2Ka==(/)/(δκS1/)/(/)κSα。Ka是火焰时间特性参数,在其计算过程中,用拉00LL0伸火焰厚度及速度代替无拉伸火焰厚度与速度可以得到反映当地局部火焰的时间特性参数,Kalocal。对冲火焰和本生灯火焰分别代表了典型的正拉伸和负拉伸火焰。Chung.S等人通过实验基金项目:

7、高等学校博士学科点专项科研基金-优先发展领域项目资助(20130201130011)作者简介:聂要辉(1992-),男,博士生,研究方向:预混湍流燃烧通信联系人:王金华(1981-),男,博导,主要研究方向:湍流燃烧.E-mail:jinhuawang@xjtu.edu.cn-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn40的方法得到了对冲火焰熄灭时其Ka数随燃料、当量比、压力的变化而变化,但是其Kalocal[5,6][7]数保持在定值。VuT.M得到了丙烷本生灯火焰发生顶端熄灭时其局部Ka数为定

8、值。但是不同燃料本生灯火焰发生顶端开口时局部Ka数的规律尚未研究。本文利用OH-PLIF实验装置获得了合成气和丙烷本生灯火焰OH-PLIF图片,确定了合成气和丙烷本生灯火焰顶端开口的临界当量比,计算了其顶端处局部Ka数,分析了本生灯45火焰拉伸率的引起因素,指出了本生灯火焰与对冲火焰熄灭时局部Karlovitz数变化

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn#预混层流本生灯顶端局部Karlovitz数**聂要辉,王金华,黄佐华,蔡骁,张玮杰,余芊芊(西安交通大学动力工程多向流国家重点实验室西安710049)5摘要:利用预混层流本生灯结合OH-PLIF火焰结构激光诊断技术获得了合成气以及丙烷预混层流本生灯火焰图像,发现火焰会出现顶端开口现象并得到了发生顶端局部开口的临界当量比。结果表明:可以用局部Karlovitz数衡量本生灯火焰的顶端开口现象,掺氢比为0.6、0.7的合成气火焰顶端熄灭的局部Karlovitz数分

2、别为4.5和4.0。本生灯火焰和对冲火焰拉伸率引起因素的不同导致其熄灭时局部Karlovitz数变化趋势不同。10关键词:本生灯;顶端开口;局部Karlovitz数中图分类号:TK16LocalKarlovitznumberattipofpremixedBunsenflameNieYaohui,WangJinhua,HuangZuohua,CaiXiao,ZhangWeijie,YuQianqian15(StateKeyLaboratoryofMultiphaseFlowinPowerEngineering,Xi'anJ

3、iaotongUniversity,Xi'an,710049)Abstract:ThedigitalandOH-PLIFimagesofsyngasandpropaneBunsenflamesweregainedbytheOH-PLIFsystem,andthecriticalequivalenceratioatthebeginningtipopeningofdifferentfractionsofH2wasconfirmed.Resultdemonstrate:ThelocalKarlovitznumberscanbe

4、usedtomeasurethetip20openingphenomenon,andthelocalKarlovitznumbersattheopeningofSyngasBunsenflameis4.5and4.0.ThedifferenttrendsoflocalKarlovitznumberiscausedbythedifferentstretchfactorsbetweenBunsenflameandcounterflowflame.Keywords:BunsenFlame;tipopening;LocalKar

5、lovitznumber250引言预混层流本生灯火焰顶端开口是一个经典的火焰局部熄灭现象。在本生灯火焰顶端,局部强烈的负拉伸以及优先扩散作用导致其火焰在燃料有效Lewis数小于1时出现燃烧减弱甚[1-3]至熄灭。这种局部火焰结构可以看做是湍流火焰凹凸褶皱结构中一个局部火焰模型,其30研究对于层流火焰动力学理论发展和湍流燃烧模型的构建都有重要意义。有效Lewis数能够在趋势上对本生灯火焰顶端燃烧加强或者减弱现象进行预测,然而,对于本生灯火焰发生局部熄灭的临界条件,有效Lewis数并不能进行精确的判断。[4]在火焰动力学理论

6、研究中,火焰拉伸率κ是一个重要参数。火焰拉伸率通常无量纲化为Karlovitz数Ka。Ka代表垂直于无拉伸火焰面方向火焰反应时间δ00/SL和火焰面切向流35动时间之比,其中δα000=/SL,δ0和SL0分别代表无拉伸火焰厚度及速度。2Ka==(/)/(δκS1/)/(/)κSα。Ka是火焰时间特性参数,在其计算过程中,用拉00LL0伸火焰厚度及速度代替无拉伸火焰厚度与速度可以得到反映当地局部火焰的时间特性参数,Kalocal。对冲火焰和本生灯火焰分别代表了典型的正拉伸和负拉伸火焰。Chung.S等人通过实验基金项目:

7、高等学校博士学科点专项科研基金-优先发展领域项目资助(20130201130011)作者简介:聂要辉(1992-),男,博士生,研究方向:预混湍流燃烧通信联系人:王金华(1981-),男,博导,主要研究方向:湍流燃烧.E-mail:jinhuawang@xjtu.edu.cn-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn40的方法得到了对冲火焰熄灭时其Ka数随燃料、当量比、压力的变化而变化,但是其Kalocal[5,6][7]数保持在定值。VuT.M得到了丙烷本生灯火焰发生顶端熄灭时其局部Ka数为定

8、值。但是不同燃料本生灯火焰发生顶端开口时局部Ka数的规律尚未研究。本文利用OH-PLIF实验装置获得了合成气和丙烷本生灯火焰OH-PLIF图片,确定了合成气和丙烷本生灯火焰顶端开口的临界当量比,计算了其顶端处局部Ka数,分析了本生灯45火焰拉伸率的引起因素,指出了本生灯火焰与对冲火焰熄灭时局部Karlovitz数变化

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