燃料稀释与层流非预混射流协同作用下CH4/H2抬升火焰稳定机制的优化研究

本文通过实验探究甲烷（CH4）与氢（H2）混合燃料在惰性气体（He/N2/CO2）稀释下的层流抬升火焰稳定机制，结合阴影成像与OH平面激光诱导荧光（OH-PLIF）技术，揭示了基于有效施密特数（Sceff）的六种稳定模式分类，为碳中性燃料燃烧器设计提供理论支撑。

　　

亮点

● 甲烷抬升火焰需管径<2.41 mm且Sc_eff>1才能稳定，氢混合燃料可突破此限制

● 发现两种新型稳定区：低射流速度（LJV）区依赖局部Sc_eff增强，高射流速度（HJV）区存在射流破碎但火焰锋面仍保持层流特征

● He稀释显著提升稳定性，而CO₂因热容效应易导致火焰淬灭

结论

通过系统研究甲烷/氢混合燃料在惰性气体稀释下的层流抬升火焰特性，首次提出包含六种稳定模式的综合机制图谱。研究发现：在LJV区，燃料稀释通过增大火焰锋面处的局部施密特数（Sc_eff）促进稳定；HJV区虽发生射流湍流化，但OH-PLIF显示火焰锋面仍保持清晰层流结构。特别值得注意的是，氦（He）稀释因降低混合层粘度，使火焰在Sc_A<1时仍能稳定，而氮（N₂）和二氧化碳（CO₂）稀释会因流动重定向效应诱发火焰抬升。该成果为碳中性燃料燃烧器的优化设计提供了关键理论依据。