燃料质量流量和燃烧器边界条件对自由湍流浮力扩散火焰的湍流传输特性及火焰形态的影响

《Journal of Fluid Mechanics》：Effects of fuel mass flux and burner boundary condition on turbulent transport properties and flame shape of free turbulent buoyant diffusion flames

本文通过实验与理论分析研究了不同燃料质量流量和平流地板燃烧器条件下自由湍流浮力火焰的传输特性与几何特征，采用立体粒子图像测速技术测量三维瞬时速度场，发现平流地板显著降低了速度波动，使火焰高度增加、宽度减小，并基于量纲分析和梯度假设建立了火焰高度与宽度的半物理模型，实验验证表明模型有效。

　　

摘要

本文通过实验和分析方法研究了在不同燃料质量流量和燃烧器边界条件（即有/无防溅板）下，自由湍流浮力扩散火焰的湍流传输特性及火焰几何形态。采用立体粒子图像测速技术测量了燃烧器直径为0.30米、无量纲热释放率在0.50–0.90范围内的甲烷自由浮力火焰的三维瞬时速度场。研究结果表明，与无防溅板的配置相比，有防溅板时时间平均轴向速度波动的平方值和时间平均径向速度波动的平方值减小，时间平均径向速度、时间平均径向速度波动的平方值以及时间平均轴向和径向速度波动的乘积向燃烧器中心线方向偏移。基于量纲分析和梯度传输假设，计算得到了平均火焰高度内的平均湍流粘度。在有防溅板的配置中，湍流粘度降低，从而导致平均火焰高度增加、平均火焰宽度减小。根据湍流混合原理以及轴向对流和径向扩散时间相等的概念，分别建立了平均火焰高度和平均火焰宽度的半物理模型。这两种模型的预测结果与实验数据吻合良好，无论燃烧器是否装有防溅板。

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