负压下的层流预混火焰结构及火焰不稳定机理研究

本项目利用负压下火焰锋将展宽的特点，采用先进光学手段对负压下的层流预混火焰进行研究。首先研究不同燃烧方式、不同混合气组成、不同压力下的火焰结构，特别是得到细节的反应区结构，建立包含详细化学反应的层流预混火焰模型；然后研究不同结构参数和工作参数下的火焰速度，特别是明晰火焰的膨胀和压缩、拉伸和皱褶的规律及其对火焰速度的影响；最后通过实现层流预混火焰的自发不稳定，测量发生不稳定时的火焰结构和特征参数，分析其主要影响因素，探求在考虑反应区厚度时的火焰不稳定机理。.本项目的研究将有助于深入了解层流预混火焰的反应区结构及其对火焰速度和稳定性的影响，有助于加深对负压燃烧过程的理解，为设计出高效稳定的负压燃烧器提供机理性认识。

本项目以负压下的层流预混火焰为研究对象，开展了火焰结构、火焰传播速度和火焰稳定性的试验和仿真研究。. 首先开展了平面预混火焰的试验研究。通过采用CH4、C2H2、H2三种燃料，O2和空气两种氧化剂，研究了不同反应速度下的火焰结构；研究了压力为9kPa~100kPa、当量比为0.7～1.3时的火焰结构及其特征参数，获得了精细的一维火焰结构。结果表明：随着压力降低，OH*和CH*的峰值浓度位置越高，火焰厚度越宽，更有利于获得细节的火焰结构。近熄火状态下，气流速度虽略大于火焰传播速度，但可以通过一定的火焰弯曲达到较稳定的燃烧。. 接着开展了对冲火焰的试验研究，考察了压力、当量比和应变率对自发辐射和PLIF光强峰值、光强分布等的影响。结果表明：OH*自发辐射光强峰值随压力增长而减小；三种激发态粒子随应变率的增长都是先增大后减小的，在应变率64.48～96.72s-1时达到最大值；应变率越大，激发态粒子的分布越宽，但OH基浓度逐渐下降。. 然后开展了自发辐射数值研究。通过分析和验证OH*和CH*的产生机理，开展了平面火焰和对冲火焰结构的数值计算，所得激发态粒子的分布与自发辐射试验结果较为一致；考察了不同燃料类型、不同压力和当量比下的火焰传播速度，获得了其影响规律。. 最后开展了层流预混火焰的自发不稳定性研究。通过调节负压压力，可以实现火焰的自发不稳定。研究表明：这种自发不稳定有上下振动、左右交替熄灭等多种形态，振动频率为30～200Hz；在上下振动模态中，火焰振动频率与火焰高度振幅大致成反比，高度振动和强度振动具有同频率但不同相位的特点，且高度振幅和强度振幅随压力增大先增加后减小；分析表明：火焰热释放与炉盘之间的传热耦合是自发不稳定的内在激励机制。