平焰燃烧流动特性的PIV测试研究

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PIV技术是近10年发展起来的非接触流场测量技术,通过对流场图像的互相关分析获取流速信息,克服了接触式单点测量设备的局限性,能够进行平面二维流场、空间三维流场的测试,是一种非常有发展前景的无扰动流场测量技术。 平展流燃烧由于其独特的火焰特性(火焰呈薄层圆盘形),相对于直焰燃烧器而言,平焰燃烧器的火焰形状更好、更均匀和更稳定;平焰燃烧器在提高产品质量、降低能耗和保护环境等方面均具有明显的优势;因此有必要对平展流流场进行研究,分析其速度场、压力场的分布,充分了解流场的变化规律;以便优化流场结构。进一步发挥平焰燃烧器的优越性。 为此,本文采用先进的速度测试手段(PIV),对平焰燃烧冷态二维流场进行测量;详细分析流量的变化对流场结构的影响。 本文依据用等温介质模拟非等温过程的原则来建模。主要考虑几何相似、物理相似、定解条件相似。最后按1:1搭建了模型。 测量了旋流强度为1.76,空气与燃气流量比分别为13.68、19.39、21.67的主要燃烧区冷态速度场。由于冷态实验模型内气体流动为有限空间内单个烧嘴的强旋流射流,在强旋流作用下,混合气体沿着扩张口内壁面及炉顶壁面径向充分扩张,形成贴壁射流,同时沿轴向x方向出现逆压力梯度,在烧嘴中心产生较大的回流区。因此整个炉内混合气体的流动总体上为沿顶部的贴附射流,沿炉体侧壁的向下及沿底部向轴心方向的流动,沿轴心向上方向的回流,测量区域内混合气体的流动区域仅由回流区和贴壁射流两部分组成。 在回流区内,轴向速度沿轴向呈线性(v=A+Bx)分布,而且离烧嘴中心线越近,其斜率越大,直至烧嘴中心线斜率达到最大值。当流量增大,轴向速度也随着增大。 当流量增大,贴附射流厚度增加,径向速度最大值增加。最大径向速度沿射流方向的衰减速度和流量关系不大;而最大轴向速度随着流量的增大,沿射流方向的衰减越慢。
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