低熱值氣體燃料摻氫層流燃燒特性及火焰穩(wěn)定性的研究.pdf

1、能源的日益短缺和環(huán)境污染的逐年加劇正在成為世界性難題，內(nèi)燃機(jī)作為石油資源的消耗主體和大氣環(huán)境污染的主要源頭，其發(fā)展方向和當(dāng)前的能源與環(huán)境形勢(shì)密不可分。近些年低熱值氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)槠淙剂蟻?lái)源豐富以及排放清潔成為了研究的熱點(diǎn)。由于燃用低熱值氣體時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)更容易出現(xiàn)失火和不穩(wěn)定燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)變動(dòng)加劇，而火花塞周圍的火焰形成及火焰的不穩(wěn)定性則是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒和缸內(nèi)循環(huán)變動(dòng)的重要內(nèi)在因素。為了進(jìn)一步深化研究造成低熱值氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定

2、燃燒的原因，本文以流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性和熱-質(zhì)擴(kuò)散不穩(wěn)定性共同作用下的低熱值氣體燃料摻氫層流火焰的形成、發(fā)展和演變過(guò)程為研究重點(diǎn)，開(kāi)展了低熱值氣體燃料摻氫層流火焰的實(shí)驗(yàn)研究和直接數(shù)值模擬研究。研究工作闡明了內(nèi)在不穩(wěn)定性作用下的低熱值氣體燃料摻氫火焰面形態(tài)以及火焰胞狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，生長(zhǎng)，破裂，融合等多種動(dòng)力學(xué)形態(tài)演變歷程，揭示了低熱值氣體燃料摻氫胞狀火焰演變的機(jī)理以及關(guān)鍵影響因素與火焰不穩(wěn)定性的內(nèi)在聯(lián)系，為低熱值氣體燃料摻氫發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

3、提供理論依據(jù)。
　　開(kāi)展了氣體燃料火焰線性穩(wěn)定性的研究。建立了耦合兩步化學(xué)反應(yīng)的氣體燃料火焰線性穩(wěn)定性的控制方程，考慮了活化能和Lewis數(shù)等參數(shù)的影響，采用打靶法和四階龍格庫(kù)塔法相結(jié)合的方法對(duì)控制方程進(jìn)行了數(shù)值求解，得到了臨界波數(shù)和不穩(wěn)定性邊界波數(shù)隨著不同初始參數(shù)的變化規(guī)律;建立了加入了熱膨脹修正的色散關(guān)系表達(dá)式。
　　開(kāi)展了低熱值氣體燃料摻氫火焰的直接數(shù)值模擬研究。建立了考慮多組分?jǐn)U散的氣體燃料燃燒控制無(wú)量綱方程，推導(dǎo)了

4、適于本文計(jì)算的二維低熱值氣體燃料預(yù)混燃燒控制方程組的特征無(wú)反射邊界條件，對(duì)控制方程進(jìn)行了直接數(shù)值模擬耦合詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理求解，得到了施加微小初始擾動(dòng)后的低熱值氣體燃料摻氫火焰在不穩(wěn)定性影響因素下的演變規(guī)律。
　　對(duì)低熱值氣體燃料摻氫火焰進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究分析，研究了不同穩(wěn)定性作用下火焰的發(fā)展，獲得了多種胞狀火焰演變形式，如胞的分裂、局部熄火、胞的融合和橫向移動(dòng)等;對(duì)火焰穩(wěn)定性進(jìn)行多因素分析，揭示了決定胞狀火焰演變形式的機(jī)理;分

5、析了不同穩(wěn)定性影響因素作用下的火焰速度以及其與曲率的相關(guān)性;從頻譜空間角度研究了火焰發(fā)展后期胞狀火焰演變規(guī)律，獲得了不同初始胞數(shù)模式下胞狀火焰模式的演變規(guī)律。
　　開(kāi)展了定容燃燒彈內(nèi)的低熱值氣體燃料層流燃燒特性和火焰穩(wěn)定性的研究。搭建了定容燃燒彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分析了不同初始條件下的火焰層流燃燒速度的變化趨勢(shì);通過(guò)對(duì)火焰不穩(wěn)定性表征參數(shù)的分析和對(duì)火焰進(jìn)行現(xiàn)象學(xué)分析獲得了不同穩(wěn)定性機(jī)理占主導(dǎo)作用時(shí)的胞狀火焰圖像和胞狀火焰結(jié)構(gòu)特點(diǎn);對(duì)胞狀火