为什么要测量火焰速度？ 都 火焰速度是燃料燃烧特性的重要参数 ■从实际应用的角度上看：火焰 速度是影响燃烧器内燃料燃烧 速率和效率的重要因素 iouremsDEgott ■从基础研究的角度上看：火焰 速度是用来验证各种燃料的化 40 学反应机理的重要参数，同时 也是模拟湍流预混火焰传播的 立验 重要输入参数之一。 反应机理A 反应机理B ■近半个世纪以来，多种实验方 法已经被用来测量火焰速度。 1 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cnm13 如何测量火焰速度？ S,定义：一维平面预混火焰的火焰面相对于来流未燃预混气体的速度 S:=(S-U).n ■层流火焰速度：S,(标量) =火焰传播速度：（矢量） 流场速度：业（矢量） o2 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈证(a@pku.edu.cn)14
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ͺ څૻଞ䍡࡚ੌНьС ⚡❦䙕ᓜᱥ⟹ᯏ⟹✝⢯ᙝⲺ䠃㾷৸ᮦ (Figure from US DoE Report at: www.energy.gov) 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0 10 20 30 40 CH4+Air Laminar flame speed, Su (cm/s) Equivalence ratio, ) ࣂڀՅ ' ࣂڀՅ ؗய ёؗଢ଼ࣩ࣐ڀڅІऀ͵䍡 ૻڦފڅտ䏝֗Ӄݪ䏝 ૻࢴոࣩࢴݝଜੌ֛ॹ ёׁकऒाࣩڅІऀ͵䍡 Ԗࣩݪய੩՞म࣐ފڅૻ ݿբͧݤԿੌଜࣩࣂڀՅ ࣩݏѭ䍡ஓࡗ䅚܈ࠆފЬ ଜੌҴԿݤУ▁澞 ԠЖЌјuיमؗயݱ 澞څૻଞ䍡࡚࣐কٜࡄ d Su (cm ) /s 䏝ݪ ॹ 䍡ऀ͵ Ԗࣩݪ ݿբͧݤ ࣩݏѭ 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ͺ څૻଞ䍡࡚ѽױ SL (S U) n 澞څૻࣩѼࠩஓޭࡗиتࣼ䍡ࣩ䍡ஓٴঢ͵▁Тؓ92 ଞߗ92͵څૻ䍡ࡗق 䍡ѭݏૻڅ͵9 ऌଞ ऌଞ͵;څૻ֪ࡗ SL Qin and Ju (2005) Equivalence ratio, Laminar flame speed, SL (cm/s) 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 10 20 30 40 A-SURF (2009) Taylor (1991) Gu et al. (2000) Rozenchan et al. (2002) CH4/air 䍡ѭ ૻ֪ࡗ d, SL cm(/s) 30 40 CH4/air
稳态火焰与非稳态火焰 dxL=U.-SL S=(S-U).n dt 对 U 火焰静止 火焰移动 0.1ms 0.2ms 0.3ms 本森灯火焰 球形传播火焰 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cn) 15 层流火焰速度的测量方法 ■稳态火焰法 口平面火焰 口本森灯火焰 口对型流火焰 ■非稳态火焰法 ▣管内传播火焰 口球形传播火焰（定容） 口球形传播火焰（定压） 口肥皂泡法 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cm)16
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平面火焰法 Flame -Porous plug and .789 0= dx =U-S, dt SL=U Premixture 层流火焰速度=来流流速 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈证(z@pku.edu.cm17 平面火焰法 S1.=U ■火焰通过热传导向平面火焰器传 ·实验结果 线性拟合 递热量（热损失），因此不是理 想状态下的平面火焰。 Heat Loss ■热损失会导致层流火焰速度降低。 修正热损失的方法： ■不同平面火焰器的热损失不一样 线性拟合法 因此测出来的层流火焰速度也不 二致。 (Botha Spalding 1954) 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cm)18
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本森灯火焰法 不 ICCD Camera 风 Air ◆⑧ 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(z@pku.edu.cn)19 本森灯火焰法测速原理 个 raph Sz=(S-U)n→Sz=Usina 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cn)20
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ࡄ䍥䍡ߺޯ 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ࣂԼૻ࡚ࡄ䍥䍡ߺޯ S L (S U) n SL U sina L
本森灯火焰法测速原理 (pUn)u =(pUn)b Pu Un,b Un.u Pb .b=.n7 S,=(S-) shu=Un.u Un.u =Vul sin a 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正(a@pku.edu.cn21 本森灯火焰：示踪粒子法 ■将很细的氧化镁粒子投入气流中，产生间 歇性的光亮，对示踪粒子的拍照便可显示 它的方向。由一级连续照片还可确定出 粒子的速度。 ■所采用的喷口宽度很小，只有0.755cm, 如果采用大的喷口，则由于燃烧速度均匀 分布会使火焰传播更快。 189% ■不足之处是引入固体粒子将对火焰表面 起催化作用，以致影响燃烧过程，从而改变 层流火焰速度。 《燃烧学基础》6，层流预混火焰 陈正（位@pku.edu.cn)2
澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ࣂԼૻ࡚ࡄ䍥䍡ߺޯ 1mm S L (S U) n (S U) n 澦䏝ׁक澧 ͧࡗقஓ䍡 ୟࠔ I`&VQ[KJ[IT ࡄ८઼ठ͵䍥䍡ߺޯ ࣏уЗࡗࠩҴۯ㾀Ԗ斃८ࣩڭذ ࠐ㓬ࣩүшتठ઼८܁ࣩҍՔދठ ݱࣩ؈զ澞࣒▁ঃড࢜ՔगؓӞ 澞څૻࣩ८ IS ޥՐسڭڅؠՌࣩ࣐֔ଙے ߈ױଙࣩל࣐֔ՌӨ࣒и䏝ૻڅ֭ԓ Ӣ١Ѫ҄䍡ѭڼޟݏ澞 ЈરУڕފדҴ֠Ѽ८تذ䍡 ફ➋ԖҀ࣐ј৩ڦտ䏝सёুݘՉ 澞څૻ䍡ࡗق ࢜ՔगؓӞ IS ޥՐس ԓ֭څૻ䏝и࣒