乙醇空气预混层流火焰特性的试验研究
甲醇,乙醇—空气混合物层流火焰传播速度的实验研究
甲醇,乙醇—空气混合物层流火焰传播速度的实验研究
实践一：甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度的实验研究
技术背景：火焰传播速度是风险评价的重要参数。
当发生火灾时，火焰的传播速度是火灾风险评价的一个重大指标。
火焰传播速度受环境温度、测试环境湿度、空气流速和火焰温度等因素的影响。
研究对象：此次研究选择甲醇/乙醇-空气混合物的层流火焰传播速度的测定，确定甲醇/乙醇大气火焰传播最大传播速度，并用以风险评估。
实验原理：实验主要采用层流火焰的热像仪法，其原理是使用热像仪探测反应炉内不同种类组分的温度，绘制出火焰传播过程中的温度曲线，通过反应炉的贴壁温度和横向温度峰值坐标，求出火焰传播速度。
实验流程：实验由一组3种成分的火焰测试循环组成，包括甲醇（2%、4%、6%）和乙醇（2%、4%、6%）的混合物于空气（91.9%）混合而成的空气混合物。
将空气混合物注入所准备的反应炉内，同时加入火源，控制火焰循环，应用热像仪采集火源到贴壁温度，从而推测出火焰状态，进而计算出火焰传播速度。
实验结果：实验结果显示，当甲醇含量增加时，甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度不断提高，当甲醇含量达到6%时，传播速度较高，为层流火焰的最大传播速度，约为
0.627 m/s，但是当乙醇含量增加时，火焰传播速度减小。
结论：本实验结果表明，当甲醇和乙醇混合比例为2:6时，可获得甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度的最大值，为0.627 m/s。
该结果可以用于分析和预测甲醇/乙醇燃烧的高温热辐射，从而作出风险评估。
以上就是甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播速度的实验研究的全部内容。
这项实验可以使我们了解甲醇/乙醇-空气混合物层流火焰传播最大速度，为火。
容弹上用定容法测量层流燃烧速度的研究
容弹上用定容法测量层流燃烧速度的研究乙醇作为发动机替代燃料相比于汽油具有诸多优势,包括更广泛的来源,更低的污染物排放,更高的辛烷值、抗爆震性能、汽化潜热、压缩比和更低的碳排放。
然而无水乙醇在脱水过程中消耗了大量能量,含水乙醇在具有无水乙醇诸多优势的同时又节省了脱水过程中消耗的大量能量,具有广泛的应用前景和研究价值。
层流燃烧速度是燃料的一项重要参数,它反应了可燃混合物的理化特性,包括放热特性、扩散特性和反应特性,影响甚至决定了实际燃烧系统中燃料/空气混合物的燃烧速率。
在基础研究和工程研究上都具有重要意义。
本文在初始温度388K,初始压力1atm下对无水乙醇,含水5%乙醇,含水10%乙醇和含水20%乙醇进行层流燃烧试验。
介绍了定压法和定容法两种测量层流燃烧速度的方法,编写了相应的Matlab计算程序。
利用定压法计算含水乙醇的无拉伸火焰速度,层流燃烧速度,马克斯坦长度等参数,对含水乙醇的层流燃烧速度和火焰稳定性进行了分析。
介绍了含水乙醇压力曲线的变化规律,利用定容法计算含水乙醇的层流燃烧速度,并与定压法的计算结果进行了比较分析。
利用乙醇的Marinov模型和Olm模型对含水乙醇的层流燃烧速度等特性进行了仿真分析。
将仿真得到的初始压力和高压下的层流燃烧速度结果与定容法的计算结果和推导结果进行比较分析。
对含水乙醇进行了层流火焰的敏感性分析和火焰结构分析,从机理的角度上解释了含水乙醇层流燃烧速度的变化规律。
乙醇空气预混层流火焰特性的试验研究
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０ｆｃｈｅ田ｉｃａｌ鼬ｎｅ血Ｂ，２００５，３１（３）：１８３——２２０．
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图５所示为拉伸对火焰传播速度的影响，从图５ 中可以看出，在大拉伸（小火焰）条件下，火焰速度较 低。随着火焰拉伸作用的减弱，火焰速度又缓慢地上 升。火焰传播规律还受混合气当量比的影响，明显可 以看出，曲＝１．ｏ的混合气的火焰燃烧速度比当量比为 Ｏ．８和１．２的火焰传播速度快。而且混合气温度越 高，火焰的整个传播速度的幅值也越大。试验数据的 统计结果还证实了火焰传播速度与火焰拉伸之间的线 形关系。于是由Ｍａｒｋｓｔｅｉｎ理论，利用火焰传播速度与 火焰拉伸率之间的线形关系推导得出无拉伸火焰速 度。进而由式（５）求得层流火焰的特征参数——无拉 伸层流燃烧速度。
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摘要：利用纹影高速摄像技术，在定容燃烧弹内试验研究了温度为３５８—５００ Ｋ，当量比从０．７到１．４的乙
醇一空气预混层流火焰的传播特性。通过研究乙醇～空气火焰传播速度与层流火焰拉伸的关系，获得了乙
预混燃烧中火焰长度的变化规律研究_徐琼辉
式中常数通常取为 0135～014; R为燃烧速率 , m fu是 燃料的质量分数 ,ρ是密度 , u为速度 。
在涡耗散模型中 , 反应 r中物质 i的产生速率
Ri, r由下面两个表达式中较小的一个给出 :
3 收稿日期 : 2007 - 12 - 03 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (40476012) 作者简介 : 徐琼辉 (1978年生 ) , 女 , 博士研究生 ; 通讯联系人 : 詹杰民 : E2mail: stszjm @mail1 sysu1edu1cn
m R
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′ v R, rMω, R
(2 rMω,
i
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P YP
″ N
j v M j, r ω, j
(3)
式中 YP 是产物 P的质量分数 , YR 是反应物 r的质量
分数 , A 和 B 是经验常数 ,分别等于 410和 015。
涡耗散模型的整体反应速率由湍流混合控制 。
图 2 实验数据与计算数据比较曲线 Fig12 Comparison of experimental data and calculation data
从图 2可以看到 , 计算曲线和实验曲线的趋势 基本吻合 , 只是数值上有些差异 , 最大误差小于 10% , 基本满足工程应用的要求 。由此说明选取该 软件中的标准 K - ε双方程模型和涡耗散模型做湍 流燃烧模拟 , 其结果与客观事实相符 , 能够反映事 物的基本规律 , 因此可以把他作为研究湍流燃烧现 象的一种有效手段 , 利用其得到的研究结果真实可 靠 。用数值模拟解决湍流燃烧问题 , 与实验相比具 有成本低 、效率高等特点 , 且实验中难以测量的数 据用数值模拟的方法很容易解决 。
乙醇及乙醇掺混燃料预混层燃烧特性研究的开题报告
乙醇及乙醇掺混燃料预混层燃烧特性研究的开题报告1. 研究背景随着全球能源消耗的增加，化石能源逐渐短缺，环境污染越来越严重，拓展可再生资源逐渐成为了研究的热点。
生物质燃料和其它替代性燃料作为一种很好的选择，受到了广泛的关注。
而乙醇是其中的一种替代燃料，被广泛应用于乘用车、船舶、飞机、发电和农业机械等领域。
然而，乙醇燃料的应用面临着诸多技术问题，其中预混层燃烧过程就是一个关键问题。
预混层燃烧是指在燃烧室中，燃料和空气在一定的比例下混合形成可燃气体，然后点火进行引燃。
预混层燃烧技术具有高效、稳定、污染低等特点，因此在工业燃烧和航空发动机等领域得到广泛使用。
而乙醇的燃烧过程在热值、燃烧温度等方面与传统化石燃料存在差异，因此需要进行深入的研究，以便更好地应用于实际生产中。
2. 研究内容本研究将以乙醇为主要研究对象，通过对乙醇掺混燃料的预混层燃烧特性进行实验研究，探讨乙醇掺混燃料在不同混合比例下的燃烧特性和排放特征，重点包括以下内容：（1）乙醇在预混层中的燃烧特性研究对纯乙醇在不同混合比例下的预混层燃烧特性进行测试，考虑混合比例、点火时刻、压力等参数对燃烧效率、燃烧速率和排放物的影响。
（2）乙醇与柴油掺混燃料的预混层燃烧特性研究以柴油和乙醇按不同比例掺混作为燃料，测试其在预混层中的燃烧特性，探究不同混合比例下的燃烧效率、稳定性和排放物特征。
（3）乙醇与丁醇掺混燃料的预混层燃烧特性研究以丁醇和乙醇按不同比例掺混作为燃料，测试其在预混层中的燃烧特性，比较其与纯乙醇和柴油掺混燃料的差异。
3. 研究意义本研究将有助于深入了解乙醇掺混燃料在预混层燃烧过程中的特性和规律，为乙醇燃料的应用和发展提供技术支撑。
特别是对于促进绿色能源发展、改善大气环境和推动节能减排有着非常重要的意义。
同时，本研究也可为乙醇和其它生物质燃料的利用提供经验和技术支持。
用高速摄像机对烃类燃料的预混层流火焰燃烧特性进行研究
用高速摄像机对烃类燃料的预混层流火焰燃烧特性进行研究
近年来,我国的汽车产量和保有量大幅度增长,随之而来的能源和环境问题也越来越引起人们的注意。
随着石油价格的上涨,全球变暖以及其他环境问题日益突出, 必须对汽车结构、油品等进行改造来满足节能和环保的要求。
烃类燃料在我国广泛使用,但是,无论从国外还是国内的情况看,对于烃类燃料的基础燃烧的研究却少之又少。
设计了一种定容燃烧弹试验装置,用于对烃类燃料的预混层流火焰特性进行有关的基础研究。
全面地介绍了该试验装置的定容燃烧弹系统,混合气配制系统,加热系统,点火系统,燃烧压力测量系统,千眼狼5F 系列高速摄像机以及数据采集系统等子系统的工作原理、结构及其特点。
研究通过对比燃烧火焰照片和压力曲线,分析了几种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度的差异。
根据高速摄像机数据研究结果表明,正庚烷中加入MTBE和乙醇后,拉伸和无拉伸层流火焰传播速度加快,马克斯坦长度增加,火焰的稳定性增强。
而汽油和异辛烷/正庚烷虽然两者辛烷值相同,但是异辛烷/正庚烷拉伸和无拉伸层流火焰传播速度均高于标准汽油的,而且标准汽油对应负的马克斯坦长度,其火焰稳定性较差,异辛烷/正庚烷对应正的马克斯坦长度,其火焰的稳定性较好。
从火焰外观上,两种燃料的前期火焰基本一致,为淡蓝色预混火焰;但后期火焰的差异很大,汽油呈碳粒型燃烧,而异辛烷/正庚烷则为充分预混型。
CH4／O2／N2层流火焰瞬态响应特性数值分析
分子输 运过 程和 化学 反应过 程耦 合在 一起 ， 同控制 了火焰 面 的行 为特 征 ． 略 了非 稳态影 响 的稳 态火焰 面 共 忽 模 型有 可能 对湍 流燃 烧 的预 测产 生 比较大 的偏 离 ， 如 污染 物 （ 氧化 氮 ） 预测 值 比实验 值 偏 高 大 约一 个 例 一 的
稳态 的火焰 面模 型 中 ， 每个层 流 火焰 面可 以仅仅 由两 个参数 描述 ： 合物 分数 及其 耗 散率 ． 而 ， 态 的火焰 混 然 稳
面模 型 中忽 略 了一个 非常重 要 的影 响—— 非稳 态 的影响 ． 湍流 是一 个高 度不均 匀 非定 常 的环 境 ， 在很 强 的 存
究 主要集 中于数 值 模拟 方面 ， 到实验 条件 的限 制 ， 验 方面 的研究 还 很少 ， 非 稳 态燃 烧 在 工 程燃 烧 问题 受 实 而
量 级 ．
研 究火焰 面 非稳 态动力 学特 性 的思路 主要 是对层 流 火焰 面 参数 施 加一 定 的 时 间变 化 ， 模 拟 湍 流 流场 来
的影响 ， 考察火 焰 面结 构的时 间 响应特 性 ． 化 参数 可 以选 择 速度 或 者 标量 的 边 界 条件 ， 化方 式有 台 阶跃 变 变 变式ｌ 、 冲式 和周期振 荡形 式… ． 对 而 言 台阶跃 变 式 最 简 单 ， 研 究 的 最少 ， ａａｉ 对 台 阶跃 变 的 ２脉 】 相 却 Ｄｒ ｈ ｂａ 拉伸率 作用下 火焰 面 的响应进 行 了数 值模拟 ， 只是 描述 现象 ， 但 没有 从 物理 机 理 方 面 给予 合 理解 释 ， 没有 考 虑 不 同拉 伸率 跃 变幅度 的影 响 ． 为此 ， 我们选 择 台阶跃 变 的参数 变化方 式 ， 析火焰 面 的动 力学 响应 特性 ， 分 重 点 考察 不同拉 伸率 跃变 幅度 的影 响 ， 望对 这一 方式 下 的火焰 面动 力学特 性有 更深 的了解 ． 期 文献 上关 于 火焰 面非 稳态 动力学 特性 的研 究一 般 都忽 略 了污染 物 Ｎ 的响应 特 性 （ 了文 ［ ］ ， 文 采 用 含 氮化 学 的 甲烷 Ｏ 除 ７ ）本 氧化 详 细反应 机理 Ｇ Ｉ ｅｈ ． ， Ｎ 生成 的响应 特性 也进 行 了分析 ． Ｒ． ｃ３０ 对 Ｏ Ｍ 目前 关于 火 焰面 非 稳 态动 力 学 的研
乙醇均质压燃的模拟与试验研究
乙醇均质压燃的模拟与试验研究
乙醇（C2H5OH）是一种广泛应用的气体燃料，由于其燃烧产物中含有
较少的有害物质，被视为一种环保的替代能源。
乙醇的燃烧特性与燃烧机
理的研究对于拓展其应用领域、提高燃烧效率以及降低排放物的产生具有
重要意义。
本文将对乙醇的均质压燃进行模拟与试验研究。
首先，本文将使用计算流体力学（CFD）方法对乙醇的均质压燃进行
数值模拟。
通过建立乙醇的燃烧机理模型，考虑乙醇的燃烧反应、传热和
质量扩散等过程，在计算领域内进行乙醇燃烧的数值模拟。
通过调整乙醇
的初始温度、压力、室内氧浓度等参数，研究乙醇的燃烧特性、燃烧温度
和产生的燃烧产物等。
其次，本文将对乙醇的均质压燃进行实验研究。
通过设计实验装置，
控制乙醇的初始温度、压力和氧浓度等参数，并进行实验数据的采集和分析。
通过测量乙醇燃烧的温度、压力随时间的变化，研究乙醇的燃烧特性、燃烧速度和燃烧产物的生成情况。
最后，本文将对模拟结果与实验结果进行对比和分析。
通过比较二者
的一致性和差异性，验证数值模拟的准确性，并进一步改进数值模拟的模
型和算法。
同时，通过对模拟和实验结果的分析，深入理解乙醇均质压燃
的机理和过程，为进一步优化乙醇燃烧系统，提高燃烧效率和降低排放物
的产生提供科学依据。
总之，乙醇均质压燃的模拟与试验研究是一项重要的科研工作，有助
于深入理解乙醇的燃烧特性和机理，并为乙醇的应用和改进提供基础数据
和科学依据。
本文将采用数值模拟和实验研究相结合的方法，对乙醇的均
质压燃进行全面的研究和分析，以期得到有意义的研究成果。
实验二-层流火焰传播速度的测定实验
实验二-层流火焰传播速度的测定实验实验二层流火焰传播速度的测定实验一、预备知识1、火焰传播和化学反应燃烧发生了一系列化学反应，在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。
例如，CH4被连续地转化成CH3，CH2，CH。
最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H2，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO2和H2O。
总热量的一大部分释放都是发生在第二阶段。
这个次序使燃烧具有自持性，且只能够发生在高温下（如1500K以上）。
因为只有在高温下，才能是自由基产生的速率比消耗的速率快，而这对燃料完全变形以及中间产物的氧化是有必要的。
当点燃预混燃料时，局部温度将提高到一个非常高的值，提高了反应速率，从而也引起燃料的燃烧，并且释放出热量。
通过热传导把热量引导到了未燃的相邻区域，相邻区域的温度以及反应率都提高了，因此燃烧就在那里发生了。
我们知道，热量的扩散是火焰传播的原因，燃烧波传播的速度取决于燃烧后的温度以及未燃混合物的热扩散性。
为了把高温区域的自由基传递到与之接触的低温的未燃混合物中，质量扩散也是很重要的；通常质量和热扩散率是相同的。
在本实验中，未燃混合物的压力和温度与环境大气一致。
火焰传播速度只依赖于混合物中的燃料/氧化剂的数量，它们反过来又控制着火焰的温度。
贫油(Φ<1)和富油(Φ>1)的火焰温度比化学恰当比(Φ=1)时更低因为偏离化学恰当比时多余的物质吸收了由可燃燃料燃烧所产生的热量。
实际上，温度最大值出现在当量比比1稍大一些的地方，因为产物的比热容比化学恰当比时稍低。
如果混合物过贫，燃气温度将太低，而不能产生大量的自由基，因此火焰传播变得不可能。
如果混合物过富，大量的燃料将吸收自由基，因此使燃烧第二阶段不能进行。
因此，火焰传播只在某个当量比范围内才有可能，这被称为可燃极限。
氢气-乙醇预混燃气层流燃烧火焰结构不稳定性分析
第33卷第2期2021年4月沈阳大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang University(Natural Science)Vol.33,No.2Apr.2021文章编号:2095-5456(2021)02-0167-08氢气-乙醇预混燃气层流燃烧火焰结构不稳定性分析王筱蓉，严俊，陈家兴，李童(江苏科技大学机械工程学院,江苏镇江212003)摘要：将体积分数为90%的氢气和10%的乙醇组成的预混气体输送到定容燃烧弹中，在当量比0在0.5〜0.9范围改变时,利用高速摄像机和纹影系统对初始温度为400K、初始压力为105Pa下的预混燃气的燃烧状态进行捕捉，并分析其层流火焰不稳定性的变化规律.结果表明，点火后伴随球形火焰的扩展，四周火焰前锋面尤其是两边出现裂纹与凸起，随后裂纹线逐渐向中心延伸，最终充斥整个火焰前锋面.火焰传播过程中，火焰拉伸率逐渐降低，随当量比的增大，火焰前锋面凸起逐渐平缓•当量比的增加改变了预混气体的层流燃烧特性，影响了层流火焰拉伸率和扩散失稳参数的变化，特别是火焰结构胞化状态的改变尤为明显，提高了富氢燃料的火焰稳定性•关键词：氢气；层流燃烧；火焰结构；火焰胞化；不稳定性中图分类号：TK91文献标志码：八Analysis of Flame Structure Instability of Laminar Combustion of Hydrogen-Ethanol Premixed GasWANG Xiaorong,YAN Jun,CHEN Jiaxing,LI Tong(School of Mechanical Engineering,Jiangsu University Science and'Technology,Zhenjiang212003,China.)Abstract：The premixed gas composed of90%hydrogen and10%ethanol(X、=90%)was delivered to the constant,volume combustion bomb.When the equivalence ratio0=0.5〜0.9 changes,the high-speed camera and schlieren system were used to capture the combustion state of the premixed gas at an initial temperature of400K and an initial pressure of0.1MPa,and the change law of its laminar flame instability was analyzed.The results showthat,with the expansion of the spherical flame after ignition,cracks and bulges appear on the surrounding flame front.,especially on both sides,and then the crack line gradually extends to the c enter,eventually filling the entire flame front.During the flame propagation process,the flame stretch rate gradually decreases,and with the increase of the equivalence ratio,the flame front,bulge gradually becomes gentle.The increase in the equivalence ratio changes the laminar combustion characteristics of the premixed gas,and affects the changes in the laminar flame stretch rate and diffusion instability parameters,especially the changes in the cellular state of the flame structure,which improves the flame stability of hydrogenrich fuel.Key words：hydrogen；laminar combustion；flame structure;flame cellization；instability随着日益严格的环境保护政策和国家可持续发展战略的出台，可再生、低排放能源发展已成为当前能源研究的主题和重点氢气燃烧的化学产物只有水，没有二氧化碳、硫化物等污染物[2],是世界上最清洁的能源.目前氢气制备有生物制氢和水解制氢等多种方法，这些方法可以控制氢气生产的成收稿日期：20201207基金项目：江苏省研究生创新基金资助项目(SJCX20_1451).作者简介：王筱蓉(983)，女，江苏镇江人，教授，博士.168沈阳大学学报（自然科学版）第33卷本］］但氢气的爆炸极限较低，燃烧过程不稳定，从而限制了其作为燃料的发展•因此，为确保氢气在燃 烧过程中的稳定性，常用的解决方案是添加其他低热值能源降低氢气的爆炸极限⑷•在标准层流燃烧火焰中，火焰表面是稳定的，但具有高比例氢气的预混燃料的层流燃烧过程会产生 不稳定变化，这是火焰从层流燃烧转变为湍流燃烧的重要过程［］•对这一过程中不稳定火焰的形态和 产生因素的分析是预测未来火焰形态发展的前提，也为提高燃烧效率和稳定性提供了依据• 1986年, Yu 等囚在甲烷、乙烷等低热值碳氢燃气中添加少量氢气，利用对冲滞止火焰法对预混燃气的层流燃烧 特性进行研究，测量了一部分预混燃气的层流燃烧速度，结果表明，氢气的加入促进了低热值燃料的燃 烧.张勇等［•利用定容燃烧弹对甲烷-氢气预混燃气的层流燃烧速度进行测定，并研究了不同点火能量 对燃气火焰传播的影响，同时通过测定不同预混比例燃气的马克斯坦长度，分析了氢气对火焰稳定性的 影响.Liu 等⑻对甲烷-氢气预混燃气在层流燃烧过程中的燃烧损失进行了测定，结果表明，伴随当量比 的增加和火焰厚度的减小,专热效率会有所降低，进而使火焰热损失增大• Tang 等⑼对丙烷-氢气预混 燃气的燃烧过程进行了实验，从氢体积分数小于60%开始，燃料马克斯坦长度会随着当量比的减小而 减少，表明火焰越不稳定丄ewis 数会随着氢比例的提高而减小，燃烧过程中的扩散不稳定性逐渐增大. 张欣等［0•对低热值气体掺混氢气火焰稳定性进行了研究，结果表明，火焰燃烧中会出现胞化火焰、局部 熄灭和再燃3种形态，氢气体积分数的提高会使胞化火焰出现时间提前以及胞化火焰幅值提高，燃料燃 烧进程中CO 2浓度的提高会使火焰不稳定状态受到抑制•以上结果均表明，氢气的体积分数对于火焰 稳定性有很大影响•本实验通过利用少量乙醇与氢气预混燃气燃烧来降低燃料的热值•对充分混合后的预混燃气进行 了层流燃烧实验，对层流燃烧过程火焰结构变化和参数变化进行了定性和定量测定，分析了影响氢气- 乙醇预混燃气火焰不稳定性的因素•1实验设备本次实验采用的是球形火焰法［1］，实验设备示意图见图1.实验利用电极在恒定体积的燃烧弹中点 燃混合气体，并通过高速相机拍摄球形火焰，以获取火焰膨胀的图像.实验设备由以下模块组成:定容燃 烧弹、点火系统、数据采集系统以及气体供应与排放系统•定容燃烧弹内通过PID 控制器控制弹体内壁 上加热电阻进行加热，温度显示器显示弹体内部温度；压力表实时监测弹体内的压强变化； 压力图1设备示意图Fig. 1 Schematic diagram of the experimental device流量控制阀排气口电流探头压力传感器1A0卩。