多孔介质钝体火焰稳定特性实验研究

多孔介质钝体火焰稳定特性实验研究

论文摘要

在航空涡轮及火箭冲压发动机、回转窑等燃烧室中,由于来流空气速度较大,导致火焰不稳定。工程中常用V型实心钝体形成稳定的回流区来稳定火焰。然而大量的研究和应用表明,V型实心钝体火焰稳定器可导致燃烧室内较大流动损失,且火焰稳定边界相对较窄,燃烧效率不高,还容易出现振荡燃烧。本文提出用多孔材料代替实心钝体制作多孔介质火焰稳定器。其多孔空间结构,大比热容及大比表面积,可有效减少流动损失,有助于火焰稳定。本文主要对比试验研究多孔介质钝体与实心钝体尾迹差异,探究用多孔介质钝体稳定火焰的可能性。主要工作包括:(1)在低速条件下用DPIV(Digital Particale Image Velocimetry)系统实现了对粒子的速度分布测量功能。由相同工况钝体尾迹速度矢量图,流函数图,以及涡量场可直观观测到实心钝体和多孔介质钝体尾迹流场的差异。(2)回流区的大小和位置决定了钝体下游高温燃气预热新鲜燃料和空气混合的能力,本文利用二维热线测量相同工况下不同钝体尾迹平均速度场,雷诺应力等,进一步探索钝体尾迹回流区结构。并在冷态流场中测量不同钝体的流阻损失。(3)用丙烷作燃料观测不同钝体随着工况变化火焰高度,火焰结构演变过程,测试钝体对熄火极限的影响,以及通过火焰图像进行温度定量化处理来研究钝体火焰燃烧静态特性。基于上述比较,得出结论如下:(1)实心钝体回流区靠近钝体,回流区范围和回流强度较大;多孔介质钝体回流区状况与孔密度有关,总的来说其回流区范围以及回流强度较实心钝体弱,回流区的位置与向下游移动。(2)在大堵塞比燃烧室内,采用多孔介质钝体可在大大降低流阻。(3)实心钝体堵塞尾迹强剪切可强化混合,但易导致熄火。多孔介质火焰稳定器的通透与弥散性能通过改变钝体后燃空比可拓宽火焰熄火极限。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 火焰稳定器研究背景
  • 1.2 火焰稳定方法及其机理
  • 1.3 国内外针对钝体火焰研究进展
  • 1.3.1 钝体火焰稳定器的发展
  • 1.3.2 钝体火焰稳定器的研究
  • 1.3.3 稳定燃烧对火焰稳定器的要求
  • 1.4 本文主要工作
  • 1.4.1 多孔介质特性及应用
  • 1.4.2 多孔介质燃烧驻定机理探索
  • 第2章用数字成像技术测量钝体尾迹流场结构
  • 2.1 数字粒子图像速度仪(DPIV)测试基本原理
  • 2.2 实验装置及数据处理方法
  • 2.2.1 实验装置简介
  • 2.2.2 速度场重建算法
  • 2.2.3 算法的计算机实现
  • 2.3 实验结果及分析
  • 第3章 钝体尾迹平均流场结构图
  • 3.1 热线风速仪系统简介
  • 3.2 X 热线标定和有效角度的精确确定
  • 3.2.1 单斜线有效角度标定
  • 3.2.2 X 热线测量中的有效角度
  • 3.2.3 全速度和角度标定
  • 3.3 实验过程与结果分析
  • 3.3.1 实验装置简介
  • 3.3.2 结果与讨论
  • 3.4 本章小结
  • 第4章钝体火焰稳定器燃烧静态稳定特性
  • 4.1 实验装置简介
  • 4.2 多孔介质火焰稳定器燃烧实验测量
  • 4.2.1 钝体火焰燃烧特性
  • 4.2.2 火焰温度分布
  • 4.2.3 熄火极限测量
  • 4.2.4 火焰高度测量
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 全文总结
  • 5.1 全文总结及创新点
  • 5.2 工作展望
  • 参考文献
  • 在读期间发表的学术论文
  • 相关论文文献

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