摘要:
高光譜技術(shù)提供了空間和光譜維度的信息,同時(shí)基于傳統(tǒng)黑體模型的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算方法不適用于甲烷火焰的輻射特性,而火焰中自由基的高光譜信息反映了火焰結(jié)構(gòu)、組分濃度分布等燃燒的多方面特征,能夠?yàn)槿紵P偷耐晟铺峁┮罁?jù)。利用高光譜技術(shù)在不同當(dāng)量比和不同流量下研究了甲烷預(yù)混火焰中自由基的空間和光譜特性。對(duì)不同當(dāng)量比的研究表明,隨著當(dāng)量比的增加,火焰中心處的CH^(*)和C_(2)^(*)自由基的輻射強(qiáng)度先增加后降低,而燃燒區(qū)域內(nèi)二者的平均輻射強(qiáng)度一直增加,火焰中心處的點(diǎn)可以表征局部的燃燒狀態(tài),而燃燒區(qū)域內(nèi)輻射均值表征熱釋率等整體燃燒狀態(tài),定量給出了兩種方法的不同趨勢(shì)。火焰中心處的CH自由基輻射強(qiáng)度在當(dāng)量比為1.01時(shí)達(dá)到峰值,而C自由基輻射強(qiáng)度在當(dāng)量比為1.12時(shí)達(dá)到峰值,兩種自由基的輻射峰值可以分別作為燃燒中反應(yīng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的判據(jù)。當(dāng)量比可以由C_(2)^(*)和CH^(*)輻射強(qiáng)度之比來表征,修正了C_(2)^(*)/CH^(*)和當(dāng)量比的線性關(guān)系,提出應(yīng)使用燃燒區(qū)域內(nèi)C_(2)^(*)和CH^(*)的平均輻射強(qiáng)度之比,并提出了該比值與當(dāng)量比的二次關(guān)系。利用高光譜技術(shù)生成了燃燒區(qū)域內(nèi)C_(2)^(*)/CH^(*)的云圖,得到了詳細(xì)的空間信息,當(dāng)量比大于1時(shí),首次在火焰面附近發(fā)現(xiàn)了明顯的過渡區(qū),體現(xiàn)了高光譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)當(dāng)量比保持不變情況下的不同流量的研究表明,隨著流量的增加,火焰高度增加,而火焰頂部和火焰中心的自由基的濃度分布基本不發(fā)生變化,揭示了實(shí)驗(yàn)工況下流動(dòng)的特征時(shí)間遠(yuǎn)小于化學(xué)反應(yīng)特征時(shí)間,化學(xué)反應(yīng)過程未受到明顯影響。應(yīng)用高光譜較好的識(shí)別出了火焰中的多種自由基,研究了甲烷層流預(yù)混火焰中自由基輻射特性及其隨著不同當(dāng)量比和流量變化的趨勢(shì),對(duì)燃燒現(xiàn)象和機(jī)理的認(rèn)識(shí)具有重要意義。