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扩散火焰烟黑生成特性研究

艾力江  
【摘要】: 重力水平的改变使正常重力扩散火焰和微重力扩散火焰具有不同的特征,研究这些特征对于认识燃烧基本规律,发展燃烧学基本理论和改善载人航天飞行器的火灾安全均有重要意义。本文以蜡烛火焰和同轴射流扩散火焰为研究对象,对正常重力环境下扩散火焰的烟黑生成特性进行了实验研究和分析。 论文的第一章对微重力燃烧研究的意义进行了介绍,对微重力蜡烛火焰和火焰烟黑生成特性研究的国内外现状和面临的挑战进行了回顾,提出了本论文的研究内容。 论文的第二章系统地研究了扩散火焰的结构及其烟黑生成特性。采用基于CCD的激光衰减法对扩散火焰的烟黑生成特性进行了测量,并通过改变燃料射流速度以及氧气浓度,研究了氧气浓度和燃料射流速度对扩散火焰烟黑生成特性的影响。试验结果显示:当氧气浓度增大,火焰高度和烟点高度明显降低,火焰生成的烟黑浓度减少;当燃料/空气射流速度比增大,烟黑浓度增大,烟黑粒子在火焰中的停留时间增长。 论文的第三章研究了低压环境下蜡烛火焰的形状特性。实验结果显示:低压环境下蜡烛火焰的形状与正常压力下的蜡烛火焰形状完全不同,正常压力下蜡烛火焰的形状为向上升起的火羽形,而低压下蜡烛火焰的形状为半球形。分析表明:蜡烛火焰的形状主要是由蜡烛周围的空气动力学因素控制的,低压环境下浮力效应的减弱是蜡烛火焰成半球形的原因。在正常重力环境中对蜡烛火焰进行的减压实验中,当环境压力减小到0.2atm以下时,也能得到呈暗蓝色的半球形火焰。这表明,虽然压力降低,影响燃烧的反应速率,但由于压力降低,浮力减弱,因而,在正常重力环境中也能得到微重力环境下蜡烛火焰所具有的某些特征。通过对火焰颜色、形状的探讨,揭示了烟黑的形成机理。 论文的第四章在总结已有成果的基础上,提出了进一步研究的方向。


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