水霧作用下甲烷/空氣層流預混火焰燃燒特性研究

【摘要】：細水霧具有良好的液滴分散性、高熱容、易蒸發(fā)等特性，因此作為鹵代烷烴滅火劑的替代物，細水霧滅火技術己得到了廣泛的研究與應用。在可燃氣云惰化以及爆炸火焰抑制等方面，細水霧技術也得到人們的普遍關注，利用細水霧進行可燃氣云惰化、抑爆的相關研究也已大量開展?？扇細庠票ㄊ翘幱诒O限范圍內的預混氣、燃料液滴群急劇燃燒，火焰加速傳播的過程。細水霧對可燃氣云惰化、抑爆技術的核心和技術基礎就是細水霧與預混火焰的相互作用。本文通過對水霧作用下甲烷／空氣預混火焰燃燒特性的實驗研究，揭示水霧對預混火焰穩(wěn)定燃燒的影響以及水霧的惰化、抑制機理和條件。本文的主要工作與研究成果包括： 1．設計、建造了新穎的大口徑(15mm)水霧協(xié)流管式燃燒器實驗臺。 利用該實驗臺可在開放空間內，對具有較大粒徑分布的細水霧(霧滴直徑范圍30μm～150μm)與甲烷／空氣預混火焰之間的相互作用過程進行實驗研究。與目前傳統(tǒng)的管式燃燒器以及Fuss等人研制的出口直徑5.4mm，霧滴直徑小于10μm的管式燃燒器相比，本實驗臺研究適用范圍更寬廣。 在對燃燒器設計思路理論分析的基礎上，對實驗系統(tǒng)進行了校準與誤差分析；利用LDV／APV系統(tǒng)對管式燃燒器出口氣體協(xié)流水霧特性進行測量，分析混合氣體流量對管式燃燒器燒嘴出口處水霧特性的影響，并運用兩相流理論分析了燃燒管燒嘴出口處水霧與協(xié)流氣體之間的相互作用； 2．利用高速紋影實驗系統(tǒng)對水霧協(xié)流作用下的甲烷／空氣層流預混火焰燃燒特性進行研究，揭示了水霧協(xié)流作用過程中甲烷預混火焰的熄火模式與規(guī)律。通過分析水霧對層流火焰穩(wěn)定性、火焰拉伸、燃燒速度以及火焰化學發(fā)光特性的影響，研究水霧作用過程中的火焰熄火、抑制模式的產生過程與機理；利用水霧協(xié)流管式燃燒器，通過實驗的方法得到了惰化與抑制甲烷／空氣層流預混火焰所需的水霧條件。 3．在不同的水霧協(xié)流條件下，對甲烷／空氣層流預混火焰拉伸現(xiàn)象及火焰拉伸率的變化規(guī)律進行研究，分析水霧液滴蒸發(fā)與擾動對錐形預混火焰面拉 【關鍵詞】：氣云火焰 協(xié)流 水霧 惰化 抑制 火焰發(fā)射光譜
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-12
• 致謝12-13
• 符號說明13-16
• 圖例目錄16-18
• 第一章 引言18-34
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 研究現(xiàn)狀19-26
• 1.2.1 水霧對氣體火焰抑制作用機理研究19-24
• 1.2.2 預混火焰化學發(fā)光特性與火焰光譜研究24-26
• 1.3 研究目的26
• 1.4 研究內容和技術路線26-27
• 1.5 論文結構安排27-28
• 參考文獻28-34
• 第二章 實驗裝置與實驗方法34-58
• 2.1 引言34
• 2.2 水霧協(xié)流管式燃燒器的研制34-43
• 2.2.1 水霧協(xié)流管式燃燒器設計原理34-41
• 2.2.2 管式燃燒器主要設計參數41-43
• 2.3 實驗系統(tǒng)構成43-48
• 2.3.1 管式燃燒器實驗臺43-44
• 2.3.2 實驗測試系統(tǒng)44-48
• 2.4 實驗系統(tǒng)誤差分析與校準48-52
• 2.4.1 誤差分析48-50
• 2.4.2 實驗系統(tǒng)校準50-52
• 2.5 實驗研究方法52-54
• 2.5.1 火焰唯象分析方法52-53
• 2.5.2 火焰發(fā)射光譜分析法53
• 2.5.3 實驗研究步驟53-54
• 2.6 小結54-55
• 參考文獻55-58
• 第三章 甲烷/空氣層流預混火焰燃燒特性58-80
• 3.1 引言58-59
• 3.1.1 前人研究工作58-59
• 3.1.2 本文研究特點59
• 3.2 管式燃燒器火焰穩(wěn)定條件及影響因素59-63
• 3.2.1 火焰穩(wěn)定條件59-61
• 3.2.2 回火與吹脫61-63
• 3.2.3 火焰穩(wěn)定范圍及影響因素63
• 3.3 層流預混火焰燃燒速度測量63-69
• 3.3.1 燃燒速度測量方法64-66
• 3.3.2 火焰陣面位置的確定66
• 3.3.3 燃燒速度測定66-68
• 3.3.4 討論與分析68-69
• 3.4 管式燃燒器層流預混火焰燃燒特性69-74
• 3.4.1 穩(wěn)定火焰陣面發(fā)光區(qū)特性69-70
• 3.4.2 火焰陣面厚度與火焰高度特性70-72
• 3.4.3 火焰拉伸與火焰穩(wěn)定性72-74
• 3.5 小結74-76
• 參考文獻76-80
• 第四章 水霧協(xié)流作用下層流預混火焰穩(wěn)定性80-120
• 4.1 引言80
• 4.2 管式燃燒器氣體協(xié)流水霧特性研究80-95
• 4.2.1 霧場特性測試原理及方法81-84
• 4.2.2 實驗結果與分析84-91
• 4.2.3 氣體協(xié)流水霧兩相流過程分析91-95
• 4.3 實驗現(xiàn)象95-104
• 4.3.1 水霧作用下火焰拉伸規(guī)律95-98
• 4.3.2 水霧對火焰陣面發(fā)光區(qū)的影響98-100
• 4.3.3 水霧作用下預混火焰熄火模式100-104
• 4.4 水霧作用時火焰拉伸特性對火焰穩(wěn)定性影響104-109
• 4.4.1 水霧協(xié)流與火焰拉伸規(guī)律104-106
• 4.4.2 水霧協(xié)流作用下的火焰穩(wěn)定性106-109
• 4.5 協(xié)流水霧條件與預混火焰惰化、抑制規(guī)律研究109-116
• 4.5.1 協(xié)流水霧特性對預混火焰的影響109-111
• 4.5.2 甲烷預混火焰水霧惰化與抑制111-116
• 4.6 小結116-118
• 參考文獻118-120
• 第五章 協(xié)流水霧對預混火焰燃燒速度的影響120-132
• 5.1 引言120
• 5.2 火焰拉伸對預混火焰燃燒速度的影響120-122
• 5.2.1 Markstein數與預混火焰燃燒速度121
• 5.2.2 管式燃燒器火焰拉伸時的燃燒速度121-122
• 5.3 水霧協(xié)流作用下的預混火焰燃燒速度122-130
• 5.3.1 水霧條件下火焰拉伸時的燃燒速度122-124
• 5.3.2 水霧作用下燃燒速度測量結果與討論124-130
• 5.4 小結130-131
• 參考文獻131-132
• 第六章 水霧作用下甲烷層流預混火焰光譜特性研究132-160
• 6.1 引言132
• 6.2 火焰發(fā)射光譜測量132-136
• 6.2.1 Echell中階梯光柵光譜儀結構與測量原理133-134
• 6.2.2 火焰發(fā)射光譜與化學發(fā)光134-135
• 6.2.3 火焰發(fā)射光譜測量方法與應用135-136
• 6.3 甲烷預混火焰發(fā)射光譜特性136-143
• 6.3.1 甲烷預混火焰化學動力學機理與化學發(fā)光特性136-138
• 6.3.2 錐形預混火焰結構與火焰發(fā)射光譜138-142
• 6.3.3 火焰發(fā)射光譜測量的影響因素142-143
• 6.4 水霧作用下火焰化學發(fā)光特性與火焰光譜分析143-156
• 6.4.1 水霧作用下火焰化學發(fā)光特性143-144
• 6.4.2 水霧中雜質離子對火焰發(fā)射光譜的影響144-148
• 6.4.3 水霧作用下火焰發(fā)射光譜測量結果148-152
• 6.4.4 討論與分析152-156
• 6.5 小結156-158
• 參考文獻158-160
• 第七章 結論與展望160-166
• 7.1 論文主要研究內容與結論160-163
• 7.2 論文創(chuàng)新點163
• 7.3 下一步工作展望163-166
• 在學科研與學術論文166-167

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