湍流与预混火焰相互作用的实验研究.pdf

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：034016 预混火焰相互作用的实验研究木 湍流和，rr玎儿，rH 原鲲 张孝谦 中国科学院工程热物理研究所，北京100080 Tel：010mai1：kyuan钿ai1．etp．ac．cn 摘要建立r湍流预混火焰实验系统并实现了滞止火焰。通过固体粉末进行无条件示踪t研究全场的 速度特性。通过雾化硅油液滴进行条件示踪，研究反应物来流的速度特性。无条件示踪条件下的研究 结果表明。火焰区的速度分布呈现双峰分布，初步证实火焰区湍流度峰值的存在是由于火焰脉动导致 速度测值分散．最终由统计得到表观湍流度的增大。条件示踪测量结果表明，在火焰区反应物来流的 湍流度与上游的测值并没有明显的变化，进一步证实了这一结论． 关键词湍流，预混火焰，相互作用 1前言 能源是推动科学、技术和经济高速发展的动力保障。在可预见的将来，燃烧仍然是人 类获取能源的重要途径。实际燃烧设备中的流动绝大多数为湍流。湍流和燃烧都是非常复 杂的过程。两者间的非线性耦合更使问题的困难程度大大增加。另外．火焰的存在导致了 有限空间内物性、温度、密度、组分的巨大变化．并使传统的接触式流体力学测量手段几 乎全部失效，带来该领域实验研究的困难。因此，湍流燃烧被称为是工程科学中最复杂的 领域之一“’。 近二十年来，随着激光诊断技术的飞速发展，有关湍流一燃烧相互作用机制的研究十分 活跃。研究的目的一方面在于加深对湍流一火焰相互作用机理的认识，增强对湍流燃烧的控 制能力：另一方面在于对现有的数值模型进行验证和改进．提高对湍流火焰的预测水平。由 于预混燃烧有助于控制反应区温度，从而大幅度降低产物中NO。排放量口】，提高燃烧效率， 改善燃烧设备的热应力特性。’等优点，针对湍流预混火焰的研究成为该领域的热点。人们采 用了各种各样的火焰形式来研究湍流预混火焰，如滞止火焰“1、对冲火焰“’、v型火焰“1等， 并取得了很多重要的进展。但是由于问题本身的复杂性，已经取得的成果有待进一步深化和 拓展。 在本研究组先前的研究工作巾，观察到火焰区的湍流度远大于预混气来流和产物的湍流 度”】。本文的研究重点在于解决火焰区湍流度峰值的存在究竟是由于火焰释热产生额外的湍 ’基金项目：国家自然科学基金资助项目 (N 作者简介：原鲴(1972．)，山西阳城人．博士，主要从事燃烧基础及应用研究 动能还是由于火焰脉动导致速度测值分散，最终由统计得到表观湍流度的增大。建立了湍流 预混火焰实验系统并实现了平面滞止火焰。通过固体粉末进行无条件示踪，研究全场的速度 特性。通过雾化硅油液滴进行条件示踪，研究反应物来流的速度特性。无条件示踪条件下的 研究结果表明，火焰区的速度分布呈现双峰分布，初步证实火焰区湍流度峰值的存在是由于 火焰脉动导致速度铡值分散，最终由统计得到表观湍流度的增大。条件示踪测量结果表明， 在火焰区反应物来流的湍流度与上游的测值并没有明显的变化，进一步证实了这一结论。 2实验系统 图l为实验系统示意图．主要包括流动及燃烧系统、速度示踪系统和激光多普勒测速系 统。 燃烧用的空气由空气压缩机提供．通过过滤器得到洁净的气流，过滤器中布置了硅胶颗 粒和过滤网，可以滤掉气流中的微油滴和灰尘。空气通过减压阀和电磁阀后，进入流量测控 系统。实验用燃气采用的是甲烷，由气瓶提供．通过两级减压和电磁阀后，进入流量测控装 置。 数字式流量测控计来实现。操作和测量信号通过ADDA转换与电脑相连，实验者通过键髓 对流量进行控制并可从屏幕上读出实际的流量值。 14 19 1甲烷气瓶2空气压缩机3过滤器4减压阀5电磁阀6流量测控仪 7流量测控终端8固体粉末示踪发生器9稳流钢球1020目钢网 1 1硅油示踪导流