【摘 要】
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当前乃至今后很长一段时间内,以石油为代表的液体燃料仍将在能源结构中占据十分重要的位置。燃烧与声音之间存在强烈的相互作用,而超声波的引入有望拓展既有助燃及燃烧调控技术的适用范围,推进节能减排和能源的可持续发展。对声燃相互作用机制的深入认识是实现利用声波调控燃烧过程的关键,也是利用声场改善液体燃料燃烧效率的必要前提。本文以正庚烷为代表的几种碳氢燃料作为研究目标,采用数值模拟与实验相结合的方法,探索了静
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当前乃至今后很长一段时间内,以石油为代表的液体燃料仍将在能源结构中占据十分重要的位置。燃烧与声音之间存在强烈的相互作用,而超声波的引入有望拓展既有助燃及燃烧调控技术的适用范围,推进节能减排和能源的可持续发展。对声燃相互作用机制的深入认识是实现利用声波调控燃烧过程的关键,也是利用声场改善液体燃料燃烧效率的必要前提。本文以正庚烷为代表的几种碳氢燃料作为研究目标,采用数值模拟与实验相结合的方法,探索了静止单液滴在不同声学条件下的燃烧特性,以揭示声音作用于液体燃料燃烧的机制。主要工作及成果如下:1)搭建了静止悬挂单液滴在超声驻波场中燃烧的实验系统,并结合光学测量手段,完成液滴燃烧过程的动态测量。本文利用该实验平台,讨论了不同声学位置对液滴燃烧的影响。实验结果表明,静止单液滴在超声波驻波场中出现三种典型的火焰结构。即在声压波腹处出现包络火焰,在声压波节处分别出现不同方向的抬升火焰。2)基于有限元软件COMSOL Multi-Physics的声辐射模型进行了数值模拟,通过把实验结果验证后的模型用于模拟液滴在不同声场位置的蒸气分布特性,模拟结果显示声辐射力与浮升力在液滴蒸发燃烧过程中起主要作用。在不同声学条件下所形成的驻定火焰是声辐射力与浮升力共同作用的结果,利用液滴在不同声场位置处的蒸气速度及形态分布解释了驻定火焰形成的原因,模拟结果与实验具有较好的一致性,为进一步研究声燃耦合乃至液滴燃烧动力学过程创造条件。本文工作为揭示超声波作用于液滴燃烧过程的机理奠定了基础,对声燃耦合以及声流耦合的研究提供了详细的实验数据,本文的超声驻定火焰也能对各类燃烧器稳燃设计提供参考。
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