2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、微型內(nèi)燃機燃燒室的特征尺寸為毫米量級,接近微尺度燃燒火焰面的厚度,燃料化學(xué)能釋放必須在微小的空間和很短的時間內(nèi)完成,因此,研究微尺度空間內(nèi)火焰?zhèn)鞑ヌ匦詫﹂_發(fā)微型內(nèi)燃機具有重要的意義。以往在微尺度燃燒方面的研究主要針對微小空間內(nèi)穩(wěn)定流場的燃燒,而封閉空間內(nèi)火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘难芯枯^少,特別是實驗研究方面數(shù)據(jù)報道缺乏。本文設(shè)計了一種新型狹縫微型定容燃燒裝置,在常溫常壓條件下,開展了微小封閉空間內(nèi)低碳碳?xì)淙剂?空氣的靜止預(yù)混氣體的火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯浚?/p>

2、通過高速攝影儀記錄了毫秒量級的火焰?zhèn)鞑ミ^程,采用MATLAB編程對火焰?zhèn)鞑D像進行了處理,分析了不同當(dāng)量比、特征尺度和燃料摻氫比例條件下的乙烷/空氣預(yù)混氣、丙烷/空氣預(yù)混氣和正丁烷/空氣預(yù)混氣的火焰形態(tài)和傳播速度特性,獲得了當(dāng)量比、微燃燒室特征尺度和摻氫比對火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊懸?guī)律和作用機制。論文研究成果為開發(fā)新型微小內(nèi)燃機提供了設(shè)計依據(jù)和理論指導(dǎo)。本文的主要內(nèi)容及研究成果如下:
 ?。?)在微尺度定容燃燒腔中,低碳碳?xì)淙剂系目扇紭O

3、限隨著碳原子數(shù)目的增多而變窄。對于同一種燃料,可燃極限隨著燃燒腔特征尺寸的增大而拓寬。對于丙烷/空氣混合氣,在 H=2mm的間隙內(nèi),其可燃極限為1.0~1.45,而在H=5mm間隙內(nèi),其可燃極限擴展為0.9~2.2。
 ?。?)在微尺度定容燃燒腔中,微尺度火焰?zhèn)鞑ブ械幕鹧驿h面會呈現(xiàn)光滑、褶皺與斷裂三種形態(tài)。當(dāng)狹縫間隙一定時,隨著當(dāng)量比的增加,更容易出現(xiàn)火焰褶皺和火焰鋒面斷裂的現(xiàn)象。例如在直徑150mm,間隙2mm的定容燃燒腔中,丙

4、烷/空氣混合氣隨著當(dāng)量比的增加,褶皺出現(xiàn)時刻更早,而當(dāng)量比增加到1.45時,火焰鋒面就開始出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。在相同當(dāng)量比下,隨著狹縫間隙的減小,微尺度火焰?zhèn)鞑ブ谢鹧娴鸟薨櫤蛿嗔熏F(xiàn)象出現(xiàn)的時刻提前。例如在當(dāng)量比為1.2時,2mm的間隙內(nèi),間隙褶皺出現(xiàn)時刻早于3mm間隙條件,3mm間隙褶皺出現(xiàn)時刻早于5mm間隙。分析可知:隨著當(dāng)量比的增大,預(yù)混火焰的熱擴散率和質(zhì)擴散率不協(xié)調(diào)程度增強,導(dǎo)致火焰不穩(wěn)定性增強,提前出現(xiàn)褶皺,甚至斷裂;隨著狹縫間隙的減

5、小,微燃燒腔的表面積體積比增大,導(dǎo)致散熱增強,燃燒強度減弱;另外,隨著間隙的減小,火焰面曲率增大,并且水動力學(xué)作用增強,導(dǎo)致火焰不穩(wěn)定性加劇,褶皺和斷裂時刻提前。
 ?。?)在微尺度定容燃燒腔中,預(yù)混火焰的傳播速度隨著傳播半徑的增大而減小。在相同間隙下,隨著當(dāng)量比的增加,乙烷/空氣預(yù)混氣、丙烷/空氣預(yù)混氣和正丁烷/空氣預(yù)混氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣认仍龃蠛鬁p小,且均在當(dāng)量比1.2附近達到最高。另外,在2mm間距下,三種燃料預(yù)混火焰的傳播速度

6、相差不大。在相同當(dāng)量比下,隨著燃燒腔間隙的減小,火焰?zhèn)鞑ニ俣认仍龃蠛鬁p小。在本文研究中,由于水動力學(xué)和壁面回?zé)岬鸟詈献饔?,?dāng)量比為1.2條件下,相比于其他燃燒腔間距,在H=3mm間距時,丙烷/空氣預(yù)混氣和正丁烷/空氣預(yù)混氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_到最高。
  (4)通過計算和分析正丁烷預(yù)混火焰的火焰拉伸率可知,在相同間隙的微型定容燃燒腔內(nèi),當(dāng)量比對火焰拉伸率的影響很??;在相同當(dāng)量比下,燃燒腔間隙對拉伸率的影響較大,而在火焰?zhèn)鞑ツ┢?,水動?/p>

7、學(xué)不穩(wěn)定是導(dǎo)致火焰不穩(wěn)定的主要因素,因此,微燃燒腔的間隙越小,間隙對水動力學(xué)的影響愈加明顯。
 ?。?)氫氣的摻入對預(yù)混火焰的傳播速度和燃燒特性影響較大。隨著氫氣的摻入,丙烷/空氣混合氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣日w增加,在H=2.5mm的燃燒腔中,摻混體積分?jǐn)?shù)為13.2%的氫氣時,傳播速度最高達到8m/s,并且發(fā)生了爆燃現(xiàn)象。證明在微小定容空間內(nèi)發(fā)生爆燃是可能的。在相同當(dāng)量比,相同間距下,隨著氫氣摻入,火焰鋒面褶皺更加細(xì)密,極大增加了火焰鋒

8、面面積,使得燃燒反應(yīng)劇烈。另外實驗中發(fā)現(xiàn)了一些微尺度燃燒的特殊現(xiàn)象。例如,在間距為5mm的燃燒腔內(nèi),在當(dāng)量比為1.4時,正丁烷/空氣預(yù)混氣的火焰鋒面在傳播過程中,鋒面投影厚度出現(xiàn)了跳動變化,而當(dāng)量比為1.8時,在傳播過程中出現(xiàn)了未燃?xì)獯┻^火焰鋒面并燃燒的現(xiàn)象;在當(dāng)量比1.5,間距2.5mm的條件下,正丁烷/空氣預(yù)混氣的火焰?zhèn)鞑ゾ徛?,傳播速度低?.28m/s;間距5mm,當(dāng)量比為1.5時,丙烷/空氣預(yù)混氣在傳播過程中有局部湍流現(xiàn)象的出現(xiàn)

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