冶金能源
ｍａｒ，２ｏ１３
２１預混燃燒對湍流影響的實驗研究
龔志軍武文斐李保衛
（內蒙古科技大學）摘要
為研究預混燃燒對湍流影響的機理，採用粒子成像測速技術對丙烷／氧氣預混燃燒流
場進行了測量。測量結果表明，熱態燃燒流場的射流擴充套件區域比冷態射流流場的寬，而且沿
著射流方向熱態射流速度衰減比較慢，燃燒造成的高溫氣體膨脹對射流的影響作用是顯著的；熱態燃燒流場的湍流度要比冷態射流流場的大，由此可知燃燒造成的火焰脈動導致流場的湍流度增大。關鍵詞
湍流預混燃燒
湍流度ｐｉｖ
實際燃燒裝置中的流動絕大多數為湍流，燃了很多的研究。清華大學的原鯤等人對湍流燒燃料導致了有限空間內物性、溫度、密度、組和預混火焰相互作用的實驗研究表明，由於火焰
分的巨大變化…。由於預混燃燒有助於控制反
脈動導致速度測值分散，最終由統計得到表觀湍應區溫度，從而大幅度降低產物中ｎｏ 的排放流度增大使火焰區湍流度存在峰值。ｙａｎｇ等
量，提高燃燒效率，改善燃燒裝置的熱應力特
採用雷射都卜勒測速技術（ｌｄｖ）和氫氧根激性，針對湍流預混燃燒的研究成為該領域的熱
光誘發螢光技術（ｏｈ—ｌｉｆ），研究了鈍體擴散點一引。
火焰結構及其內部摻混過程，發現低燃空比下流近二十年來，隨著雷射診斷技術的飛速發場主要受環流影響，隨著速度比上公升中心射流的展，有關湍流一燃燒相互作用機制的研究十分活作用增強，回流區摻混和穩定火焰的作用明顯。躍。關於湍流對預混火焰的影響，人們已經開展
ｃｈｅｎ等一』採用瑞利散射法（ｒｓ）和ｏｈ—ｌｉｆ
測量了鈍體預混燃燒的火焰結構，發現平均反應
收稿日期程序變數的梯度隨著湍流強度的上公升而下降，龔志軍（１９７７一 ），副教授；０１４０１０內蒙古包頭市。
ｏｈ的摩爾分數隨著火焰熄滅概率而上公升。ｊｕｎｉ—冶２２
金能源ｍａｔ．２０１３
ｃｈｉ等開展了關於化學反應對湍流流場影響的研究。
的有機玻璃罩。實驗
過程中，空氣由空壓機攜帶示蹤粒子進入混合箱，經過均勻混合以後再進入燃燒器中。燃氣管
的直徑為８ｒａｍ，燒嘴是出口為２．５ｍｍ的漸縮型
燒嘴。採用的是外部加示蹤粒子的加入方式，克
目前，關於預混燃燒對於湍流影響的研究尚不深入。筆者採用ｐｉｖ技術分別對預混燃燒器冷
態和預混燃燒的流場進行測量，比較了冷態、熱
態流場的差異，分析預混燃燒對流場結構的影響，以期深化預混燃燒對湍流作用的認識。１實驗模型及引數
服了以往送粉不均勻的缺點，採用流化床的原
理，示蹤粒子從下部通入，、在下部開等距離的５
排均勻的小孔，做成可抽拉式的進粉管，這樣可以通過調節小孔的數目來調節進粉的流量，達到示蹤粒子濃度可控且均勻的目的。
圖ｌ（ａ）為丙烷／氧氣預混實驗系統布置示意圖。實驗的燃燒器為套筒形，並且在套筒的底
實驗燃氣流量壓力氧氣流量０．０２ｍ ／ｈ，壓力５～１０ｍｐａ；實驗中火焰高度１７０ｍｍ。
部做成圖ｌ（ｂ）的形式，使得套筒兩邊形成回
流區來穩定燃燒。在燃燒器的外部加乙個
（ａ）圖ｉ頇混燃燒實驗裝置
２實驗測量系統
在實驗的過程中反覆使用各種示蹤粒子，發現
ａ１０，較ｍｇｏ、ｃａｏ要好，試驗過程中所使用的示蹤粒子是ａ１２０，，粒徑為２～５ ｔｘｍ。３實驗結果及分析
實驗中燃燒器區域的氣體流動特性所採用的
ｐ【ｖ測量系統是美國ｔｓｉ公司的產品，主要由雷射器、同步器、ｃｃｄ鏡頭及影象處理系統組成。其中雷射器系統是由兩台雷射器
及光路調整系統封裝成一體的，輸出雷射波長為５３２ｎｍ，最大輸出功率雷射功率
３．１平均速度
從圖２可以看出射流噴入尺寸有限的玻璃罩中形成受限射流，受限射流噴出後要卷吸周圍介
以及兩脈衝時間間隔均可以連續地調節。ｃｃｄ質，而周圍介質因受壁面限制又不能無限**被卷吸的流量，所以在射流噴出後的周圍空間內形
相機的解析度是１６６０ｘ１２２０畫素。
為了降低火焰發光對拍攝影象的影響，在ｃｃｄ鏡頭前安裝了一塊平均通過波長為５３２ｎｍ、
成一回流區。對比冷態和熱態速度分布圖，可以看出冷熱態流場大體相似。ｘ＝１２５ｍｍ處是燒嘴中心射流位置，由於套管的影響，在燒嘴兩側形
成了一對回流區。但還是能看出兩幅圖的差異，
頻寬為１０ｎｍ的６１００７０型濾光鏡。並依據熱態實驗的火焰尺寸，實驗中速度場測量範圍取為燒嘴正上方水平面內矩形區域。
在同一條件下，熱態燃燒流場的射流擴充套件區域比
冶金能源豫ｙ目
ｘ／ｍｍ
（ａ）冷態射流流場目
ｘ／ｍｍ
（ｂ）熱態燃燒流場
圖２速度向量分布圖
冷態的寬，而且沿著射流方向看，冷態射流速度很快衰減，而熱態燃燒流場的射流速度逐漸增
大，在測量區的範圍內沒有看到很大的衰減。
從燒嘴上方ｙ＝１００ｒａｍ處軸向速度在方向
的變化曲線（圖３）可以看出：（１）冷態和熱
態的變化曲線形狀基本相似，都是開口向下的拋物線，但熱態最大速度要比冷態最大速度大，冷態最大速度為０．７ｍ／ｓ，而熱態最大速度為１．３ｍ／ｓ，幾乎是冷態最大速度的２倍。（２）以軸向速度為ｏ定義中心射流擴充套件區域，則熱態中心射流擴充套件區域為８０～１９０ｍｍ，冷態中心射流
擴充套件區域為熱態射流擴充套件區域的
寬度比冷態射流擴充套件區域的寬度要大。
從燒嘴中心（ｘ＝１２５ｍｍ）處軸向速度隨ｙ
變化的曲線（圖４）可以看出，冷態在ｙ＝５５ｍｍ處的軸向速度就達到最大值，而熱態在ｙ＝
１４０ｒａｍ處才達到最大值。冷態軸向速度曲線過早的衰減，熱態則很穩定的上公升，超出了測量
１．４１．２
１．ｏｏ．８
０．６署ｏ．４
０．２ｏ
－ｏ．２．
０．４圖３軸向速度隨變化的曲線
圖４軸向速度隨】，變化的曲線（ｘ＝１２５ｍｍ）
區的範圍還是沒有多大的衰減。燃燒火焰流場與冷態流場具有的這些不同是與燃燒過程化學反應的影響密切相關的，進入火焰區後，由於反應放熱、氣體膨脹，造成速度增大。３．２湍流度『
引人脈動速度的均方根值以反映湍流脈動速度的大小，由於脈動速度往往與平均速度大小有
關，故常用相對量表示，稱為湍流度。文中為研究射流軸向脈動速度的變化，定義軸向湍流度
為：ｖｓ【ｄｄ。 ：
式中：為軸向脈動速度，為軸向平均速度。
從燒嘴上方ｙ＝１００ｍｍ處，軸向湍流度在方向的變化曲線（圖５）可以看出，冷態和熱態
的變化曲線形狀基本相似，都是開口向下的拋物
線，在中心火焰區軸向湍流度比較大。但熱態湍
流度要比冷態湍流度大，冷態中心最大軸向湍流度為０．２５，而熱態中心火焰區最大湍流度為
冶金能源
工０．６５，幾乎是冷態最大軸向湍流度的２．５倍。
從燒嘴中心（ｘ＝１２５ｍｍ）處軸向湍流度隨
衰減比較慢，可以看出燃燒造成的高溫氣體膨脹
對射流的影響作用是顯著的。
爆器ｙ變化的曲線（圖６）可以看出，軸向湍流度隨ｙ的變化規律都是先增大後減小再增大的趨勢。
但是熱態燃燒軸向湍流度幾乎是冷態射流軸向湍流度的２倍，表現出燃燒火焰脈動導致流場的湍（２）不論是從射流縱向還是射流截面來看，
熱態燃燒流場的湍流度都要比冷態射流流場的大，由此可知燃燒造成的火焰脈動導致流場的湍
流度增大。
流度增大。
圖５軸向湍流度隨變化的曲線（ｙ＝ｌｏｏｍｍ）
ｙ／ｍｍ
圖６軸向湍流度隨ｙ變化的曲線結論
（１）熱態燃燒流場的射流擴充套件區域比冷態
射流流場的寬，而且沿著射流方向熱態射流速度參考
文獻［１］原鯤，張孝謙．預混火焰面附近的湍流特性測量
［ｊ］．清華大學學報（自然科學版
［２］尹航，鍾仕立等．鈍體燃燒器湍流預混燃燒流動
特性分析［ｊ］．動力工程學報
１０１—１ｏ５．
［３］邱步，張小松．配風方式對部分預混燃燒系統燃
燒**的影響［ｊ】．化工學報
１２１ｌ一１２１６．
［４］原鯤，張孝謙．湍流和預混火焰相互作用的實驗
研究［ｊ】．工程熱物理學報
３一一ｄ ｌｄｖ［ｊ］．
—１７８．
趙豔編輯
鎂條燃燒實驗的教學設計研究
作者 吳瑩 中學課程輔導 教師通訊 2013年第12期 質量守恆定律是中學階段乙個十分重要的知識點，這一定律是自然界普遍存在的基本定律，在理論中和實踐中都佔據著重要的地位。質量守恆定律系列實驗包括白磷在空氣中燃燒 鐵和硫酸銅溶液的反應以及鎂在空氣中燃燒，本節課老師帶領大家來觀察鎂在空氣中燃燒產生的化...
拓展訓練對大學生社會交往影響的實驗研究
摘要 近幾年，大學生社會交往問題受到越來越多的關注。大學生社會交往能力直接影響著大學生的就業和生存能力。文章試圖通過拓展培訓，來 拓展訓練能否真正提高大學生社會交往能力，能否使學生之間形成相互信任 相互包容的良好心態，能否降低大學生社會交往中的社交焦慮，為大學如何更好地培養社會交往能力提供參考和實驗...
預鑽孔措施對靜壓樁擠土效應的影響分析
羅戰友1，龔曉南 2，夏建中 1，朱向榮 1.浙江科技學院岩土工程研究所，浙江杭州 310023 2.浙江大學岩土工程研究所，浙江杭州 310027 摘要 樁位處預鑽孔是工程中減弱沉樁擠土效應的有效措施之一。根據drucker prager破壞準則及有限變形理論，建立了樁 土相互作用及連續貫入的有限...