高溫富氧空氣下燃料射流自點(diǎn)火及火焰抬升特性研究

劉貴軍，錢文凱，李蘇輝

(清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系，北京 100084)

富氧燃燒能夠極大地提高碳減排效率.近年來，國(guó)際上提出了應(yīng)用富氧燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)[1]和超臨界CO2燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)[2-3]，通過提高燃燒室來流的CO2濃度，降低N2含量，在提高碳捕捉效率的同時(shí)，還可以降低NOx排放.但是富氧燃燒要求提高空氣中的O2濃度以穩(wěn)定火焰，這就使得燃料和富氧空氣在燃燒室預(yù)混段混合時(shí)易發(fā)生自點(diǎn)火，進(jìn)而引起回火或掛火，影響燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定運(yùn)行[4].因此，研究燃料與富氧空氣混合過程的自點(diǎn)火現(xiàn)象和火焰穩(wěn)定機(jī)理有重要意義.

傳統(tǒng)的自點(diǎn)火研究多在均勻組分場(chǎng)、均勻溫度場(chǎng)等條件下開展[5-6]，側(cè)重于著火的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程.但燃料與空氣混合過程中的自點(diǎn)火是受流動(dòng)與化學(xué)反應(yīng)耦合作用影響的，特別是在湍流條件下，湍流輸運(yùn)影響組分場(chǎng)和溫度場(chǎng)，進(jìn)而影響自點(diǎn)火的發(fā)生和后續(xù)火焰的傳播與穩(wěn)定[7].近年來，國(guó)際上逐漸開展了燃料混合過程中的自點(diǎn)火研究，在流動(dòng)對(duì)自點(diǎn)火的作用機(jī)理、火焰抬升高度預(yù)測(cè)和火焰穩(wěn)定機(jī)理等方面取得了一定進(jìn)展.

Deng 等[8]采用數(shù)值模擬研究了二甲醚射流在協(xié)流空氣中自點(diǎn)火火焰的穩(wěn)定機(jī)理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)協(xié)流溫度較高時(shí)，局部流動(dòng)速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣戎g的平衡是主要的火焰穩(wěn)定機(jī)理；而當(dāng)協(xié)流溫度較低時(shí)，自點(diǎn)火化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是主要的火焰穩(wěn)定機(jī)理.

在火焰?zhèn)鞑シ€(wěn)定方面，Wu 等[9]發(fā)現(xiàn)對(duì)于湍流射流火焰，當(dāng)……