留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

乙烯/空气在激波管中自点火流场显示研究

刘二伟 徐胜利

刘二伟, 徐胜利. 乙烯/空气在激波管中自点火流场显示研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(1): 62-71. doi: 10.11729/syltlx20180051
引用本文: 刘二伟, 徐胜利. 乙烯/空气在激波管中自点火流场显示研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(1): 62-71. doi: 10.11729/syltlx20180051
Liu Erwei, Xu Shengli. Flow field visualization for ethylene/air auto-ignition at different pressures and temperatures in a rectangular shock tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(1): 62-71. doi: 10.11729/syltlx20180051
Citation: Liu Erwei, Xu Shengli. Flow field visualization for ethylene/air auto-ignition at different pressures and temperatures in a rectangular shock tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(1): 62-71. doi: 10.11729/syltlx20180051

乙烯/空气在激波管中自点火流场显示研究

doi: 10.11729/syltlx20180051
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 11372306

详细信息
    作者简介:

    刘二伟(1988-), 男, 河北衡水人, 博士研究生。研究方向:激波管实验技术。通信地址:安徽省合肥市蜀山区黄山路443号中国科学技术大学西校区(230026)。E-mail:386770733@qq.com

    通讯作者:

    徐胜利, E-mail: slxu@mail.tsinghua.edu.cn

  • 中图分类号: V211.7;O384

Flow field visualization for ethylene/air auto-ignition at different pressures and temperatures in a rectangular shock tube

  • 摘要: 为认识不同压力(p5)和温度(T5)的乙烯/空气自点火和火焰传播特征,在矩形激波管中,采用火焰自发光信号触发高速ICCD相机拍摄了反射激波后流场,得到了不同工况下乙烯/空气自点火流场序列图像。结果表明:对p5=106kPa,当T5=1210K,点火首先发生在激波管反射端面附近,向上游(右侧)传播并形成近似平面火焰。火焰面随时间推进趋于垂直激波管轴线,火焰在传播过程中厚度近似保持不变,且内部存在漩涡结构。当降低T5,自点火位置逐渐远离反射端面,初始火焰厚度增大且光强变弱,由单个平面火焰演变为多个离散的不规则火焰。当T5=1077K,初始火焰首先出现在观察窗右侧(远离反射端面)并向上下游传播。当增大p5,火焰光强增大且漩涡尺寸减小,不同p5对应的火焰产生和传播规律类似。当p5=265和419kPa,火焰内部产生局部爆炸现象,多个局部爆炸区在传播过程中不断融合,最终形成向上游传播的近似平面火焰。
  • 图  1  激波管和气路系统示意图

    Figure  1.  Sketch of shock tube and gas distribution

    图  2  自点火流场信号测量系统示意图

    Figure  2.  Sketch of signal detection for auto-ignition flow field

    图  3  测量系统信号时序图

    Figure  3.  Sequence of used signals

    图  4  自点火流场图像(case 1)

    Figure  4.  Images of auto-ignition flow field (case 1)

    图  5  自点火流场图像(case 2)

    Figure  5.  Images of auto-ignition flow field (case 2)

    图  6  自点火流场图像(case 3)

    Figure  6.  Images of auto-ignition flow field (case 3)

    图  7  自点火流场图像(case 4)

    Figure  7.  Images of auto-ignition flow field (case 4)

    图  8  自点火流场图像(case 5)

    Figure  8.  Images of auto-ignition flow field (case 5)

    图  9  自点火流场图像(case 6)

    Figure  9.  Images of auto-ignition flow field (case 6)

    图  10  自点火流场图像(case 7)

    Figure  10.  Images of auto-ignition flow field (case 7)

    图  11  自点火流场图像(case 8)

    Figure  11.  Images of auto-ignition flow field (case 8)

    图  12  自点火流场图像(case 9)

    Figure  12.  Images of auto-ignition flow field (case 9)

    图  13  自点火流场图像(case 10)

    Figure  13.  Images of auto-ignition flow field (case 10)

    图  14  自点火流场图像(case 11)

    Figure  14.  Images of auto-ignition flowfield (case 11)

    图  15  自点火流场图像(case 12)

    Figure  15.  Images of auto-ignition flow field (case 12)

    图  16  自点火流场图像(case 13)

    Figure  16.  Images of auto-ignition flow field (case 13)

    图  17  自点火流场图像(case 14)

    Figure  17.  Images of auto-ignition flow field (case 14)

    表  1  相同工况参数列表(case 1和2)

    Table  1.   Parameters for the same cases (case 1 and 2)

    Case φ Mas p5/kPa T5/K τig/μs
    1 1.0 2.984 106 1210 51
    2 1.0 3.016 108 1229 47
    下载: 导出CSV

    表  2  火焰平均传播速度(case 1和2)

    Table  2.   Mean velocities of flame propagation (case 1 and 2)

    Case uab
    /(m·s-1)
    ubc
    /(m·s-1)
    ucd
    /(m·s-1)
    Δuab
    /(m·s-1)
    Δubc
    /(m·s-1)
    Δucd
    /(m·s-1)
    1 845 680 801 1616 1451 1572
    2 833 1328 1134 1614 2109 1915
    下载: 导出CSV

    表  3  不同温度工况参数列表(case 3~6)

    Table  3.   Parameters for cases at different temperatures (case 3~6)

    Case φ Mas p5/kPa T5/K τig/μs
    3 1.0 3.127 109 1294 12
    4 1.0 2.857 101 1138 223
    5 1.0 2.806 106 1109 418
    6 1.0 2.748 98 1077 728
    下载: 导出CSV

    表  4  不同压力工况参数列表(case 7~14)

    Table  4.   Parameters for cases at different pressures (case 7~14)

    Case φ Mas p5/kPa T5/K τig/μs
    7 1.0 3.073 267 1252 19
    8 1.0 3.293 433 1384 0
    9 1.0 2.871 271 1136 122
    10 1.0 2.926 423 1167 163
    11 1.0 2.826 254 1111 539
    12 1.0 2.818 375 1107 399
    13 1.0 2.767 265 1079 945
    14 1.0 2.724 444 1055 723
    下载: 导出CSV
  • [1] Hanson R K, Davidson D F. Recent advances in laser absorption and shock tube methods for studies of combustion chemistry[J]. Progress in Energy & Combustion Science, 2014, 44(5):103-114. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=32a48adc67662fe720c9b40098405349
    [2] Ren W, Davidson D F, Hanson R K. IR laser absorption diagnostic for C2H4 in shock tube kinetics studies[J]. International Journal of Chemical Kinetics, 2012, 44(6):423-432. doi: 10.1002/kin.v44.6
    [3] Barari G, Pryor O, Koroglu B, et al. High temperature shock tube experiments and kinetic modeling study of diisopropyl ketone ignition and pyrolysis[J]. Combustion & Flame, 2017, 177:207-218. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=44a2d934b262dc7667b3fd5aa0b0fe26
    [4] Ning H B, Wu J J, Ma L H, et al. Combined ab initio, kinetic modeling, and shock tube study of the thermal decomposition of ethyl formate[J]. The Journal of Physical Chemistry A, 2017, 121(35):6568-6579. doi: 10.1021/acs.jpca.7b05382
    [5] 李兰, 陈其盛, 赵文涛.基于成像的RP-3煤油在激波管内自点火过程研究[J].推进技术, 2015, 36(10):1504-1508. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tjjs201510008

    Li L, Chen Q S, Zhao W T. A study of RP-3 autoignition in shock tube based on imaging[J]. Journal of Propulsion Techno-logy, 2015, 36(10):1504-1508. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tjjs201510008
    [6] 廖钦.煤油及其裂解产物自点火现象的初步实验研究[D].合肥: 中国科学技术大学, 2009. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-2009110958.htm

    Liao Q. Experimental studies on autoignition phnomena of kerosene and cracked kerosene in a shock tube[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2009. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-2009110958.htm
    [7] 王高峰.基于激波管实验平台的甲烷燃烧化学动力学机理研究[D].合肥: 中国科学技术大学, 2008. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-2009024956.htm

    Wang G F. A shock tube study of methane combustion chemical kinetics mechanism[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2008. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-2009024956.htm
    [8] Herzler J, Jerig L, Roth P. Shock-tube study of the ignition of propane at intermediate temperatures and high pressures[J]. Combustion Science & Technology, 2004, 176(10):1627-1637. http://cn.bing.com/academic/profile?id=bec22ebed9618b4f4e3a2dae9a8b0e70&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [9] 胡弘浩.乙烯点火特性及其污染效应的激波管研究[D].重庆: 重庆大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10611-1012049448.htm

    Hu H H. A shock tube study of ignition delay characteristics of ethylene and comtamination effect[D]. Chongqing: Chongqing University, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10611-1012049448.htm
    [10] Baker J A, Skinner G B. Shock-tube studies on the ignition of ethylene-oxygen-argon mixtures[J]. Combustion & Flame, 1972, 19(3):347-350. http://cn.bing.com/academic/profile?id=d47422c247a6bfc2c9a72aece709c7cb&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [11] Suzuki M, Moriwaki T, Okazaki S, et al. Oxidation of ethylene in shock tube[J]. Astronautica Acta, 1973, 18(5):359-365. http://cn.bing.com/academic/profile?id=8ee245eea4938d57a7aa5d612a979c44&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [12] Brown C J, Thomas G O. Experimental studies of shock-induced ignition and transition to detonation in ethylene and propane mixtures[J]. Combustion & Flame, 1999, 117(4):861-870. http://cn.bing.com/academic/profile?id=45b8d493fc3ef59ad3bd48381bc9e406&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [13] Cadman P, Bambrey R J, Box S K, et al. Ethylene combustion studied over a wide temperature range in high-temperature shock waves[J]. Combustion Science & Technology, 2002, 174(11-2):111-127. http://cn.bing.com/academic/profile?id=0024ddd0f00d3b071b32ebe639cf0bae&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [14] Saxena S, Kahandawala M S P, Sidhu S S. A shock tube study of ignition delay in the combustion of ethylene[J]. Combustion & Flame, 2011, 158(6):1019-1031. http://cn.bing.com/academic/profile?id=e1b428a0420bc7aa851798c81f57e8fc&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [15] 梁金虎.煤油点火延时特性及其污染效应的激波管研究[D].重庆: 重庆大学, 2011. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10611-1012008763.htm

    Liang J H. Ignition delay characteristics study of kerosene and contaminated kerosene in shock tube[D]. Chongqing: Chongqing University, 2011. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10611-1012008763.htm
    [16] Deng F Q, Pan Y S, Sun W C, et al. Comparative study of the effects of nitrous oxide and oxygen on ethylene ignition[J]. Energy & Fuels, 2017, 31(12):14116-14128. http://cn.bing.com/academic/profile?id=ad573a7c017db8d45d134c5159eb9dc9&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [17] Pfahl U, Fieweger K and Adomeit G. Self-ignition of diesel-relevant hydrocarbon-air mixtures under engine conditions[J]. Symposium (International) on Combustion, 1996, 26(1):781-789. doi: 10.1016/S0082-0784(96)80287-6
  • 加载中
图(17) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  200
  • HTML全文浏览量:  126
  • PDF下载量:  1
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-17
  • 修回日期:  2018-05-31
  • 刊出日期:  2019-02-25

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日