部分预混火焰燃烧广泛存在于燃气轮机、火花点火发动机和均质压燃发动机中。发动机中常见的燃烧现象,如火焰抬升、液体蒸发燃烧、混合不均匀燃烧及湍流燃烧中,局部熄火并再燃都和部分预混火焰紧密相关。
为了研发洁净、高效、稳定的当代先进发动机,对部分预混火焰的火焰动力学基础研究至关重要。
火焰脉冲不稳定性,是火焰燃烧过程中本身固有的一种不稳定性。发生这种不稳定现象时,火焰释热速率和火焰温度都将大幅度振荡。脉冲不稳定火焰是引起发动机中燃烧不稳定现象的重要机制之一。
目前国际上对于预混火焰和扩散火焰的脉冲不稳定性进行了大量的研究,但针对部分预混火焰脉冲不稳定性的研究未见报道。
中国科学院工程热物理研究所科研人员以氢燃料发动机为背景,在国际上首次报道了氢气-空气部分预混火焰中存在脉冲不稳定现象。通过数值模拟和理论分析,给出了此种火焰的不稳定边界。
研究基于火焰形态、动力学响应研究以及化学敏感性分析,得到了火焰动力学拉伸和预混区燃料当量比对脉冲不稳定性的影响机制。此外,该研究还提出了增大火焰拉伸或增大预混度均能抑制部分预混火焰中脉冲不稳定发生的重要结论。这为抑制氢燃料发动机中火焰固有不稳定性提供了理论依据。
基于上述研究成果,研究所相关人员于2014年8月应邀赴美国参加了第35届国际燃烧会议。国际燃烧会议由国际燃烧协会主办,每两年举办一次,是燃烧领域最顶级会议。
研究人员在此会议上作了题为pulsating instability in H2-air partially premixed flame的学术报告,此报告也是国内唯一一篇入选大会燃烧不稳定性专题的学术报告,并被收录于Proceedings of the Combustion Institute期刊中。(工程热物理研究所)
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