管道内甲烷/空气层流火焰向湍流转捩的微观特性研究

【摘要】：为揭示障碍物对火焰的加速特性,本文运用高速摄影技术和压力传感器分别对空管道和置障管道内甲烷/空气预混火焰的形状变化、火焰传播速度及升压特性进行了实验研究,利用Power-law火焰褶皱模型对管道内流场结构进行了大涡模拟分析。结果表明:空管道和置障管道内甲烷/空气预混火焰传播过程都经历了层流火焰向湍流的转变,且置障管道内的湍流强度明显高于空管道的;障碍物未对前期火焰传播过程产生影响,23ms之前,空管道和置障管道内火焰形态完全一致;障碍物能显著提高管道内的压力上升速率,相比于空管道,障碍物对管道内火焰传播速度提升501%;空管道内涡旋出现在管道的近壁侧,置障管道内涡旋出现在障碍物的背风侧,管道内出现的涡旋结构是火焰形态不断变化的根本原因;空管道湍流燃烧机制始终处于薄火焰区域,而置障管道内湍流火焰机制由薄火焰区域转变到破碎火焰区域;基于大涡模拟的Power-law火焰褶皱模型成功再现了实验中观察到的火焰形状、火焰前锋速度及流场结构,说明该模型适用于置障管道内预混火焰传播特性的研究. 【作者单位】： 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院;
【关键词】： 障碍物 高速摄影技术 火焰褶皱模型 大涡模拟 涡旋
【基金】：国家自然科学基金(No.51274205) 建筑消防工程技术公安部重点实验室开放课题(No.KFKT2014ZD04) 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放课题(No.SKLCRSM10KFB13)
【分类号】：TK16
【正文快照】： 〇引言 管道内预混燃烧动力学是燃烧科学一个重要课题。由于受到壁面条件和流动动力学不稳定性等因素的影响,预混火焰通常会经历层流向湍流的转变,甚至在一定条件下发展成爆轰。特别是火焰与管道壁面和障碍物发生相互作用,火焰传播速度和对周围环境的压力会显著提高[1_41。因

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