平面火焰细胞状不稳定性研究.doc

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：144021 CH4/H2/CO2/O2平面火焰稳定性研究金华森彬，永亮，佐华，E-mail: jinhuawang@mail.xjtu.edu.cn) 摘 要 本文用PLIF探测系统对cKenna平面火焰上产生H2/CO2/O2细胞状火焰进行了定量测量和分析现，稀燃极限附近会出现胞状结构，时我们过片定量提取并定相关参数以表征发现焰向于稳定cKenna平面火焰炉状火焰不稳定性少气体排放，arbon Capture and Storage, 碳捕捉与吸收）受关注而富燃烧是种十分效手段。在氧气和二氧碳组成的混合气中完全后过除湿，便可得到纯净的二氧化碳。甲烷作为富有前景的燃，其火速度慢，往往掺入氢气以提高其它燃烧特性。此，我们过去做了多关掺氢富燃烧基础特性的研。 ，在过去的实验中4]，我们经常会观测火焰的自身稳定性引起的细胞状火焰。焰的自身不稳定性，是火焰动力学长久以来的一个经典题前，关于其的理论和数值比较多，研究较少，并停留在一个现象学分阶段，细胞状火焰的定量缺乏。本文用PLIF探测系统对cKenna平面火焰上产生H2/CO2/O2细胞状火焰进行了定量测量和分析不稳定性的作用机理进行深入揭示。装置方法像采集系统和cKenna平面火焰炉一个使用的平面火焰炉见图，混可燃气的口由块直径为金属制成，过密集分布的隙生均匀流场炉下有却系统以控制入口气体初温，在本实验中燃混合气初温被控制在。 图1 OH-PLIF实验系统示意图McKenna平面火焰图气为CH4/H2/CO2/O2气YO2/(YCO2+YO2)为0.35，符号Y表示气体的摩尔分数。氢不掺氢两种况进行在掺氢比XH2=YH2/(YCH4+YH2)，过调整量比变化测和捕捉形态变化；在当量比?=0.60，通过变化XH2研究氢气比例对状火焰的影响。出了各工况下的火焰参数?L为火焰厚度，计算式为?L0=?D/SL0，?D为未燃气体的热扩散系数，??为火焰锋面前后密度比?b/?u工况下? XH2 Leeff ?L0(?m) ?? SL0(cm/s) ???? 0 0.88 165 0.177 9.9 ???? 0 0.89 130 0.167 15.0 0.69 0 0.89 103 0.160 18.9 0.60 0 0.88 145 0.172 12.3 0.60 0.25 0.84 131 0.173 15.9 0.60 0.65 0.83 120 0.180 24.5 2 实验结果与分析图对比 出了实验结果。实验中我们发现，平面火焰的细胞结构主要生稀燃限附近，着比掺氢比的增加，火焰逐渐于平这个变化中，细胞大小细胞数的增加不断变小? OH-PLIF 数码照片侧拍）照片（俯拍） 0.55 0.57 0.63 0.69 (a) XH2 OH-PLIF 数码照片（侧拍）码照片（俯拍） 0 0.25 0.65 (b) 图3 实验图片(a) CH4/CO2/O2混合气 (b) CH4/H2/CO2/O2混合气?=0.6 这种状结构主要由焰的自身不稳定性引起。层流火焰身稳定发生初始阶段们发现以用线性理论来解释分析设外界对火焰的小扰动为波长为?振幅为0的正弦波，火焰各点因此发生偏，始偏移即为0，之后由于稳定性的作用，移量=A0e?t对应不同波长的有不同的增长率????量=2???代入进去，即得到关于增长率?和波矢量布关系而这种分布关系通常由燃自身特性扩散率质量扩散率等种因素 火焰自身不稳定主要两部分原因：流体动学不稳定性（）和执不稳性。们考虎流动学不稳性的影响，焰锋面前后由于热膨胀造成的度差会使焰面对动时会正的响应这种在线性分布关系中可以样表示： 我们这里称流体动力学因子，经过计算发现，焰的细胞数与有着性相关关系如图示）。此可以推断，焰随着当量比氢比的流体动力学不稳定性强，同时导致火焰数加但，图们以看到，火焰细胞增的过程中是于平稳的，测试的火焰的不稳性不仅是由流体动力学不稳定控制的，细胞数目作为火焰不稳定程度的。 图4 火焰细胞数流体动学因子规律结构定量参数 益于诊断技术我们得以OH-PLIF图片出焰锋面图焰面浮于炉上，随着炉面置化变化，此们定义和表示平均距离偏移量： （3） 同时根据测量到的火焰细胞数们义波长?来反应火焰折皱的频率： 为更好的征结构必须幅度和频率两