半封闭狭窄通道内甲烷/空气预混火焰传播不稳定性实验研究

摘要

对长、宽、高为650 mm×400 mm×12 mm的半闭口狭窄矩形通道(海伦-肖装置)内的甲烷/空气层流预混火焰传播过程进行了实验研究,探究当量比φ在0.6~1.2范围内、火焰传播角度ω在垂直向下-90°至垂直向上90°区间对火焰前锋轮廓发展及非标准层流火焰速度的影响。结果表明:火焰在通道内的传播分为热膨胀、准稳态传播和端壁效应3个阶段,每个阶段具有各自不同的前锋轮廓特征。由于瑞利-泰勒不稳定性机制的作用,所有当量比工况下向上传播的火焰均在准稳态传播阶段中呈现出明显的锋面褶皱与胞状结构;对向下传播的火焰而言,其在贫燃工况(φ为0.6,0.8)下的胞状不稳定性得到了有效抑制,而在当量比φ=1.0及富燃工况(φ=1.2)下,该稳定性效应并不显著。火焰瞬时速度与标准层流速度的比值Ui/UL,在φ=0.6的极贫燃工况与其他当量比工况下展现出明显不同的发展特性,极贫燃工况火焰向上传播时(ω=90°),Ui/UL随着传播过程的进行一直增大,直到火焰触碰壁面末端熄灭,整个过程Ui/UL与火焰传播方向呈正相关关系;而对于其他当量比工况,Ui/UL在传播过程中均先升高后下降,火焰触碰壁面末端熄灭前其值趋于稳定,其平均速度与标准层流速度的比值Ua/UL在水平传播(ω=0°)时达到最大值。