乙醇燃料小型扩散火焰实验研究
最近几年，关于机械和电机设备小型化的研究受到了很大的关注。微型动力源领域的研究，是新兴的科技领域，因为它是在微型机械设备制造技术最近取得的发展基础上进行的，学者指出它将带来又一次工业革命。作为微动力源的基础，液态燃料微尺度燃烧方面的研究还不是很完善。在常规条件下，液态燃料小型扩散火焰燃烧由于燃烧前的气化过程而较气体复杂，同时还受到重力作用的影响，而且管口小尺度对于液体燃料燃烧的稳定、火焰形状的影响，以及黏性力、扩散力等对小火焰的影响目前还不是很清楚，这些力是否在1mm尺度或者更小的尺度下表现出对于扩散燃烧火焰的特殊影响作用需要进一步实验研究。
本文以实验研究为基础，用体视显微镜配以数字摄像头及计算机拍摄了乙醇小流量燃烧火焰过程图像，红外线热像仪配以热电偶测量并分析了火焰温度结构，定性地分析了浮力对火焰的影响程度。实验采用的燃烧器为陶瓷管，内径为1.0mm、0.6mm、0.4mm三种。
通过实验图像分析可以知道：火焰主要由气相区(包括气化过程)、扩散区和强烈发光的边缘反应区构成，下方为气相区，呈扁圆锥形，随流量增加而变厚，当流量增加到一定量时，气相区不再随流量变化，基本上维持在一定的厚度。此区域内无燃烧需要的氧化剂，全部为燃料蒸发气化区域。中间为扩散区，明显随流量的增大而增厚，火焰高度随流量的变化基本上为该区的变化。外环为强烈发光的边缘反应区，随流量的增加而变大，厚度基本上不变，当流量增大到一定量时，外环顶端被火焰气流冲散开，并且出现黄焰，外环变得不明显：实验观察，该区火焰亮度比扩散区高，因为该区燃料与空气中的氧化剂即氧气充分接触，燃料和氧达到充分反应，温度高而火焰亮度高，这一区域应为燃烧化学计量比接近1的区域，在此区域外全部为燃烧产物和氧化剂，无未燃尽燃料(析碳火焰除外)。在此区域内全部为燃料和燃烧产物，为燃烧产物和燃料的扩散区。
本文用图表清楚地表述了实验得到的液体小流量燃料燃烧火焰变化过程：火焰高度与燃料流量基本成线性关系，火焰形状逐渐由清晰的弯月形变为半球形，最后变混浊、拉长、析碳。
陶瓷管燃烧器内径从1.0mm、0.6mm到0.4mm，火焰高度随流量变化的拟合直线斜率分别为1.73、1.85和2.2，是逐渐增大的，而火焰高宽比随流量变化的拟合直线的斜率则分别为0.37、0.49和0.55，也是逐渐增大的，表明随着燃烧器内径的逐渐减小，火焰高度随流量的增长率在逐渐变大，高度的增长率要大于宽度的增长率。对某一尺度燃烧器喷嘴存在一个火焰稳定燃烧的燃料供给流量极限，在此流量极限以下，火焰将不能稳定燃烧。
乙醇燃料;小型;扩散火焰;燃烧器;流量变化;火焰高度;实验研究;燃烧火焰;燃烧产物;区域;扩散区;尺度;增长率;氧化剂;液态燃料;稳定燃烧;燃料燃烧;气化过程;拟合直线;火焰形状
华南理工大学
硕士
工程热物理
杨泽亮
2006
中文
TK16
55
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）