《變組分湍流反擴散火焰燃燒機理及其全尺度建模研究》是依託清華大學，由呂俊復擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：變組分湍流反擴散火焰燃燒機理及其全尺度建模研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：呂俊復
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
湍流反擴散火焰是指氧化劑射入燃料氛圍形成的火焰，在煉鐵，煤燃燒的污染物控制以及煤氣化等技術中都得到了套用，深入理解反擴散火焰結構特性和燃燒機理對提高燃燒效率，降低NOx排放具有重要意義。本課題搭建反擴散火焰實驗台，基於非接觸雷射測量技術對不同燃料/氧化劑形成的湍流反擴散火焰進行系統研究，探討氣化氛圍下反擴散火焰高度隨射流雷諾數等重要參數變化的規律，利用雷射PLIF，PIV等手段測量氫氣反擴散火焰的流場及標量場分布，並給出完備湍流信息，建立完善的正-反擴散射流火焰資料庫，並通過數據的比較，探索湍流混契約詳細化學反應機理間的相互作用。在理論研究方面，該課題分別基於可在Kolmogorov格線精度下直接計算湍流反應的一維湍流模型（ODT），簡化PDF模型以及EDC模型對不同湍流擴散火焰建模，通過對模型的分析，在全尺度範圍內分析反擴散火焰湍流特性，深化對湍流反擴散火焰燃燒的機理研究。
結題摘要
湍流反擴散火焰是指氧化劑射入燃料氛圍形成的火焰，在煉鐵、煤燃燒的污染物控制以及煤氣化等技術中都得到了套用，深入理解反擴散火焰結構特性和燃燒機理對提高燃燒效率，降低NOx排放具有重要意義。本課題搭建了三通道反擴散火焰實驗台，可在100~4000的中心射流雷諾數條件下穩定運行。通過三年的研究，基本完成了課題初期計畫的研究內容及研究目標，主要取得了以下成果： （1） 對照相法、加裝濾鏡照相法、ICCD以及雷射PLIF，雷射瑞利散射等光學測量技術進行詳細研究，確定了各類光學方法在研究反擴散火焰特徵時的適用範圍。開發了可信的信號後處理技術用以定量地分析火焰高度的變化規律。 （2） 基於上述非接觸雷射測量技術和不同的光學拍照技術，分別對CH4、H2、C2H4以及CH4/H2合成氣等不同燃料的反擴散火焰結構進行了詳細研究，發現反擴散火焰的擴散特徵有別於正擴散火焰，燃料的擴散特性以及Soot生成機理（僅對碳氫燃料）對反擴散火焰的形態和高度變化具有決定性影響。 （3） 發現 O2濃度對CH4反擴散火焰高度幾乎沒有影響，主要原因在於：氧化劑中O2濃度的升高，一方面使得參與燃燒的燃料量增多，火焰高度趨向於增加，另一方面增強了組分擴散，火焰高度趨向於縮短，對CH4燃料，兩方面的綜合影響剛好基本抵消，故火焰高度幾乎不變，且火焰高度僅受射流雷諾數的影響。 （4） 在Ropper公式的基礎上，修正了燃料擴散係數的影響，建立了一種半經驗的擬合關係式，用以預測反擴散火焰高度隨射流Re數的變化情況。該公式對不同的反擴散火焰均取得了較好的預測效果，同時說明了燃料擴散特性在反擴散火焰中具有比較重要的作用； （5） 採用B型熱電偶分別測量了C2H4-Air以及H2-Air反擴散火焰的溫度場，獲得了典型反擴散火焰的溫度特徵。 （6） 在理論研究方面，開發了一維湍流模型（ODT），能夠在 Kolmogorov格線精度下直接計算湍流的流動和反應過程。採用該ODT模型分別對空氣射流、He浮力羽流以及CH4-空氣射流等工況進行了詳細的數值模擬，並與對應的測試數據進行對比，表明了ODT模型不僅具有較高的預測精度，並且能夠獲得瞬態的射流火焰特性。 （7） 發表文章共8篇，其中SCI收錄文章2篇，EI收錄文章6篇，參加國內外會議5人/次，培養博士研究生1人，碩士研究生1人。
