纯氢阵列微管预混火焰结构及湍流燃烧速度测量

摘要

为给出稀燃环境45～87 m/s流速下的纯氢微混火焰的湍流燃烧特性，采用阵列微管喷嘴模型燃烧室进行研究。通过粒子图像测速技术与羟基平面激光诱导荧光技术诊断火焰，研究了纯氢湍流火焰前锋面结构及火焰热态流场，得到火焰前锋面尺度信息及微混燃烧室湍流参数，包括火焰体积、火焰面密度、湍流强度、湍流积分尺度和湍流燃烧速度。研究结果表明：微混燃烧室出口的湍流强度随着来流速度线性增加，火焰前锋面凸向未燃气与凹向未燃气的概率基本相同，并且随着湍流强度的增加，火焰的小尺度结构和褶皱程度有所增加。这些变化导致火焰面密度的增加，从而增加了湍流火焰面积和湍流燃烧速度。此外，氢气微混火焰归一化湍流燃烧速度达到7～11,约是火焰面积比3.5～5.5的两倍，这主要是因为稀燃氢气火焰的路易斯数较低，导致火焰局部燃烧速率超过了层流燃烧速度。因此，稀燃纯氢微混湍流火焰的燃烧速度的增加主要由火焰面积的扩大和局部燃烧速率的增强共同影响。该研究为优化阵列微管喷嘴模型燃烧室及微混燃烧技术提供了理论依据和实验支持。

关键词

微混燃烧 / 纯氢火焰 / 火焰结构 / 湍流燃烧速度

基金资助

国家重大专项基础科学资助项目(P2022-A-Ⅱ-006-001)