层流预混V形火焰中火焰-流动相互作用.pdfVIP

中瞳工程接曲理拳台 燃蜘掌 第十屠年台 墒号：014111 层流预混V形火焰中火焰一流动相互作用 张孝谦 雷宇 王宝瑞 王岳 (中国科学院国家鬻重力实验室中国科学院工程热物理研究所，北京，100080) Tel E-mail：ietcazxq@publie．east．net．en 籀要本文研究了甲烷-空气预}臣屡流V形火焰中火焰与瘫动的相互作用．实验时用一维激光多普勒测 速仪测量了火焰前，后以及火焰中的速度和速度脉动．实验测量结果表孵层骞瞳预混火焰中存在着强烈 肋速度脉动．这种速度脉动与化学反应因素密切相关．火焰与流动相互作用在火焰内帮产生，』、尺度旋 涡是构成火焰内速度脉动的主要部分．研究结果表明深入研究火焰内部(小空间尺度内)化学反应和 嚣IE动的相互作用是非常重要的． ． 、 、 关键诩：r火焰与流动相互作用^国l棍层流V形火焰，火焰产生湍司妒 一 ’＼、 ＼ 1前言 几乎所有的实用燃烧装置中的燃烧过程都伴随有流动过程。火焰与流动的相互作用 涉及到火焰结构，火焰传播，以及火焰稳定等燃烧过程的一些基本环节，所以它—直是 燃烧研究工作者注意的热点之一。人们曾对火焰与湍流的相互作用进行了大量的研究并 取得很多重耍结果。但是由于问题本身的复杂性，火焰与流动相互作用的物理实质仍然 不够{青楚，还有很多模糊之点有待弄清楚。 在研究湍流预混火焰结构时人们注意到了揣流强度和湍流尺度在与火焰相互作用 and oI既【fhe一叫等人早期的研究结果既证实了“皱折 时各自所起的作用。Yoshiaa,Tsuji 的层流火焰锋面”的湍流预混火焰结构的存在，同时也发现了在某些情况下也存在着“分 布反应区”的湍流预混火焰结构。研嘞Libby,Moss和wmi∞f”q等人在研究湍流预混 火焰时提出了“统一湍流预混火焰结构”的模型，讨论了湍流参数对瑞流礞混火焰传播 速度和火焰产生湍流等专题。czbl】r,t17-191在研究火焰与湍流相互作用中化学反应对湍流 的影响时也专门讨论了火焰产生湍流的问题。ch衄gl算啪1近年来利用微重力条件下火 焰的特征长度尺度和特征时间尺度都增大的独特有利条件研究火焰与流动相互作用中浮 力和自然对流对火焰传播，火焰结构，火焰稳定．以及火焰产生湍流等闸题。Driseoll 及其合作者降嗍贝4利用微重力条件研究了火焰和旋涡的相互作用，并发现当火焰与旋涡 相遇时，来流旋涡即消失，而在火烙后(燃烧产物区)却产生一个新的向相反方向旋转 的旋涡。但是Driseoll并未论及火焰内部的情况，这可能是Driseoll研究的是单个旋涡与 火焰的相互作用，丽这个由扬声器产生的旋涡是一个尺度较大的单一旋涡t这与一般湍 流的情况差别很大。 在地球表面正常重力条件下．燃烧过程除了受来流流动状态的影响之外，同时还不 可避免地受燃烧过程自身诱发的浮力，自然对流的影响。在研究火焰与流动相互作用时， 本文将把注意力集中于火焙区内，也即更注意在火焰内及其附近火焰与由其诱发的浮力， 自然对流的相互作用a为了简化闯题，从丽较易得到初步结果，本文将先讨论层流预泥 火焰的情况。‘ 2实验装置 实验装置简图如图1所示。详细的介绍请查阅文献[36】。图2给出典型的v形火 焰图象。这里需要说明的是：1)本实验采用同轴射流以消除流动与周围静止环境问产 生的剪切边界层对火焰区的影响；2)冷态流场的溯量结果表明火焰稳定杆尾流仅局限 与稳定杆下游很狭窄的区域内，并远离V形火焰所在区域；3)采用非受限火焰是为了 消除周定边界对流动的影响；4)采用层流预混火焰是为了简化问题，从而较易得到初 步结果。 燃烧器安装在一个可咀在x眦方向上移动，并绕z轴转动的坐标架上。应用热线风 速仪和一维激光多普勒测速仪铡得的冷态流场表明燃烧器出口附近的相对湍流度约1 ％。这样可以近似地认为是均匀一维层流状态。燃烧选用的是纯度为9999％的甲烷气。 甲