鄒?強(qiáng)，宋爾壯，雷慶春，范?瑋

熱伴流中甲烷射流的自燃特性研究

鄒?強(qiáng)，宋爾壯，雷慶春，范?瑋

(西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能源學(xué)院，西安 710129)

采用高速化學(xué)自發(fā)光測(cè)量方法對(duì)熱伴流中甲烷射流的自燃特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究了不同射流速度、伴流溫度和當(dāng)量比下，自燃火核的生長(zhǎng)速率、長(zhǎng)寬比、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的演變規(guī)律．結(jié)果表明：隨著射流速度的增加，自點(diǎn)火位置顯著下降；進(jìn)一步升高射流速度并沒有明顯改變火核出現(xiàn)的位置，但是會(huì)阻礙火核的生長(zhǎng)；在射流速度、伴流當(dāng)量比一定的情況下，火核生長(zhǎng)速率和長(zhǎng)寬比在高、低伴流溫度間表現(xiàn)出不同的行為．低伴流溫度下，火核生長(zhǎng)更快且接近統(tǒng)一的長(zhǎng)寬比，而高伴流溫度下，長(zhǎng)寬比隨射流速度的增加而增加，這表明火核不再是圓形而是在軸向拉長(zhǎng)．

自燃特性；熱伴流射流火焰；火核生長(zhǎng)速率；火核長(zhǎng)寬比；火核質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度

理解湍流燃燒的自燃現(xiàn)象對(duì)工業(yè)燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)具有重要意義，燃料在熱氧化劑中的自點(diǎn)火，對(duì)內(nèi)燃機(jī)、無焰燃燒器、再熱燃燒器和超燃沖壓等裝置的穩(wěn)焰過程起著重要作用[1]．但是在某些裝置中，自燃現(xiàn)象卻是必須要預(yù)防的，例如：在電火花點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)、貧燃預(yù)混燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒中，自點(diǎn)火會(huì)導(dǎo)致在混合段等區(qū)域產(chǎn)生火焰，從而導(dǎo)致燃燒器損壞[2]．目前，在實(shí)驗(yàn)室研究中，一般通過在熱伴流中噴入連續(xù)燃料射流或脈沖射流來模擬實(shí)際過程中的自燃問題[3]．

自燃過程中涉及的物理和化學(xué)過程非常復(fù)雜，對(duì)溫度、壓力、氣體成分、湍流度和應(yīng)變率等邊界條件非常敏感．劍橋大學(xué)的Mastorakors教授對(duì)此問題開展了大量研究，并發(fā)表了綜述文章[2]，對(duì)自點(diǎn)火技術(shù)、自點(diǎn)火數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)展作了全面的總結(jié)．此外，Berkeley大學(xué)[4]、Sydney大學(xué)[5]、Adelaide大學(xué)[6]等都對(duì)他們的熱伴流射流(jet-in-hot-coflow，JHC)燃燒器開展了相關(guān)自點(diǎn)火研究，這類JHC燃燒器能夠模擬諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中廢氣再循環(huán)的情況．

目前，一般用于JHC燃燒器中心射流的氣體燃料主要包括氫氣、甲烷和乙烯等[7]．這些燃料在熱伴流的自燃特性體現(xiàn)出類似的規(guī)律：其火焰抬舉高度強(qiáng)烈依賴于熱伴流的溫度、中心射流的湍流度以及射流燃料的稀釋度．利用化學(xué)自發(fā)光和平面激光誘導(dǎo)熒光(planar laser-induced fluorescence，PLIF)的高速測(cè)量也表明，這種火焰能穩(wěn)定傳播的主要原因是火焰根部形成自燃火核[8]．

直接數(shù)值模擬和大渦模擬對(duì)該問題進(jìn)行了更為深入的研究．比如Sreedhara等[9]的直接數(shù)值模擬研究表明，自燃主要發(fā)生在最活躍的混合組分和低標(biāo)量耗散率的區(qū)域．Echekki等[10]進(jìn)一步證明，在稀薄的混合區(qū)域會(huì)產(chǎn)生火核，但最終火焰的傳播會(huì)越過化學(xué)恰當(dāng)比混合面，在富燃區(qū)燃燒．Gordon等[11]利用概率密度函數(shù)和詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析了不同伴流溫度下JHC火焰中自由基的濃度和運(yùn)輸速率，并表明HO和CH2O自由基會(huì)在自燃前產(chǎn)生．

針對(duì)甲烷的自燃研究，Ramachandran等[12]提出了3種不同的火焰模式：模式A，火焰根部波動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式；模式B，火焰根部“崩塌式”向下游運(yùn)動(dòng)，直到被完全吹熄；模式C，在模式A中火焰根部下方產(chǎn)生火核，在B模式趨向下火核發(fā)展連接到火焰根部，使火焰保持穩(wěn)定．Lamige等[13]對(duì)熱伴流中甲烷射流火焰進(jìn)行了OH-PLIF和高速CH*化學(xué)自發(fā)光測(cè)量，顯示火焰抬舉高度隨伴流溫度的升高而降低．Arndt等[8]將甲烷射流以脈沖形式噴入熱伴流中，發(fā)現(xiàn)自燃火核通常形成于射流周邊，而且一般是幾個(gè)火核幾乎同時(shí)出現(xiàn)并迅速合并成一個(gè)火焰碎片．Eitel等[14]用CH2O和OH的PLIF信號(hào)表征熱釋放區(qū)域，利用統(tǒng)計(jì)方法分析了甲烷自燃火核特征，結(jié)果表明火核沿軸向位移比沿徑向的位移大，在高雷諾數(shù)下易形成孤立火核．Oldenhof等[15]利用大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定自燃是火焰能夠穩(wěn)定在噴嘴上方的主要原因，還表明火核在火焰根部上游形成，然后生長(zhǎng)并向下游運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而連接火焰根部或形成新的火焰，伴流溫度和射流雷諾數(shù)的升高都會(huì)減小火核到射流噴口的距離，但是雷諾數(shù)升高到5000以上，繼續(xù)增大雷諾數(shù)并沒有明顯改變火核出現(xiàn)的位置，而是阻礙了火核的生長(zhǎng)．從這些結(jié)果來看，關(guān)于熱伴流中射流火焰的火核研究已經(jīng)取得了許多重要進(jìn)展，但是關(guān)于熱伴流中火核的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)展特性仍有不足．

本文重點(diǎn)研究甲烷射流噴入熱伴流產(chǎn)生的自燃火核的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)展特性，研究不同伴流溫度、當(dāng)量比以及中心射流速度對(duì)自燃火核的動(dòng)態(tài)發(fā)展特性的影響．

1?實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測(cè)量方法

1.1?實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示．實(shí)驗(yàn)所采用的中心開孔的平面火焰爐與Macfarlane等[16]研究的類似，伴流部分直徑為82mm，上面布滿了燒結(jié)的直徑為0～1mm的孔以穩(wěn)定貧燃預(yù)混的火焰作為熱伴流，本文熱伴流為CH4與合成空氣(氧體積分?jǐn)?shù)為21%)的混合氣點(diǎn)燃后產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物，熱伴流的流速小于1m/s，熱伴流流速對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)．燃燒產(chǎn)生的熱伴流包圍了中央射流管，射流管的內(nèi)徑()為5mm，壁厚1.5mm，射流管高出爐面4.5cm．熱伴流燃燒產(chǎn)物給中心射流提供了熱氧化劑，中心射流采用的燃料為純CH4．CH4與空氣均由高壓氣瓶供給(CH4純度大于99%)．兩路高壓氣體從氣瓶出來后，分別流經(jīng)壓力表、減壓閥、單向閥、球閥、流量控制計(jì)和三通等器件，一路通CH4與空氣的混合氣進(jìn)入熱伴流，另一路通純CH4進(jìn)入中心射流管，用流量控制器控制各路氣體的質(zhì)量流量，以獲得不同配比和流量的氣體．

表1列出了本文所有實(shí)驗(yàn)工況(用大寫字母標(biāo)注)．通過改變熱伴流空氣/甲烷的當(dāng)量比來改變伴流溫度，由于平面火焰爐的減速緩流作用，使在該實(shí)驗(yàn)中由質(zhì)量流量引起的流速變化都可以忽略不計(jì)．熱伴流混合氣體的溫度使用不確定度為(±0.4%)的K型熱電偶放于射流管噴口處測(cè)量，當(dāng)示數(shù)穩(wěn)定時(shí)即為伴流溫度．本文研究不同射流速度及伴流溫度對(duì)自燃火核演變過程的影響．

圖1?實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意

表1?實(shí)驗(yàn)工況

Tab.1?Experimental conditions

1.2?高速化學(xué)自發(fā)光成像與圖像處理

本文采用高速化學(xué)自發(fā)光測(cè)量手段對(duì)熱伴流中自點(diǎn)火的火核傳播過程及生長(zhǎng)過程進(jìn)行觀測(cè)，其中高速相機(jī)的型號(hào)為IX i-SPEED 713，像增強(qiáng)器的型號(hào)為SIL3．鏡頭為Nikon 35mm f/2，鏡頭前安裝有(432±5)nm帶寬的CH*濾鏡，用于測(cè)量燃燒區(qū)的CH*信號(hào)．高速相機(jī)的拍攝頻率設(shè)置為4000幅/s，曝光時(shí)間為0.249ms．由于熱伴流下的射流火焰比傳統(tǒng)射流火焰自發(fā)光信號(hào)要暗得多，使用SIL3像增強(qiáng)器增強(qiáng)信號(hào)，像增強(qiáng)器上的曝光時(shí)間設(shè)置為0.2ms．

圖像處理主要分為2個(gè)步驟：背景值計(jì)算和火核的信息提?。疄榱诉M(jìn)行背景值計(jì)算，首先從每幅原始圖像中選中一塊沒有火核的區(qū)域，然后計(jì)算該區(qū)域信號(hào)平均值，該值即可認(rèn)為背景圖像的均值．檢測(cè)火核時(shí)首先對(duì)圖像進(jìn)行分割，以便將火核與火焰根部分開，其次采用卷積核為5×5的高斯濾波器對(duì)每幅圖像進(jìn)行濾波以減小噪點(diǎn)．在濾波過后將圖像二值化，閾值設(shè)置為每幅圖像背景值的3倍，低于該值即設(shè)為0．最后采用一種簡(jiǎn)單算法識(shí)別火核輪廓，該算法可以識(shí)別二值化后的灰度圖并返回輪廓信息，根據(jù)輪廓信息可以計(jì)算出火核質(zhì)心坐標(biāo)及火核的像素大小．

2?結(jié)果與分析

2.1?抬舉高度

圖2(a)顯示了c＝812.4K、＝0.66工況下，不同雷諾數(shù)的時(shí)均火焰圖像．其中紅色實(shí)線框?yàn)閲娮欤?～3代表火焰根部到噴嘴口的距離；當(dāng)雷諾數(shù)由3000增加到5000時(shí)，時(shí)均火焰的抬舉高度從18.65mm增加到22.6mm，當(dāng)雷諾數(shù)增加到7000時(shí)，抬舉高度只有22.41mm，在其他實(shí)驗(yàn)工況下也顯示出這個(gè)趨勢(shì)：隨著雷諾數(shù)增加到5000，時(shí)均火焰的抬舉高度也隨之增加，但是雷諾數(shù)超過5000時(shí)，抬舉高度隨雷諾數(shù)升高而減?。?yàn)檩^高的雷諾數(shù)下，中心射流會(huì)對(duì)熱伴流氣體有較大卷吸，使點(diǎn)火位置發(fā)生在更上游的位置，導(dǎo)致抬舉高度下降．圖2(b)展示了上述3個(gè)工況最開始出現(xiàn)的自燃火核輪廓，4～6代表火核到噴嘴口的距離，Case A火核下邊緣離噴嘴的高度為26.74mm，Case B與Case C中，這一高度分別為18.52mm和18.41mm．可以發(fā)現(xiàn)雷諾數(shù)的升高導(dǎo)致了自點(diǎn)火位置下移，但繼續(xù)升高雷諾數(shù)并沒有明顯改變火核的出現(xiàn)位置．從時(shí)均火焰的抬舉高度可以看出，高雷諾數(shù)阻礙了火核的生長(zhǎng)．另外可以看出，火核出現(xiàn)的位置與時(shí)均火焰的抬舉高度相互重疊，可以推測(cè)出熱伴流中火核的出現(xiàn)是穩(wěn)定抬舉火焰的主要原因．

圖2?Tc＝812.4K、Φ＝0.66時(shí)不同射流速度下的時(shí)均火焰圖像以及一個(gè)瞬時(shí)時(shí)刻的自燃火核輪廓和火焰輪廓

圖3展示了Case J與Case H中最開始出現(xiàn)自燃火核的情況，相較于低溫?zé)岚榱?，高溫?zé)岚榱飨?Case J與Case H)自燃火核質(zhì)心離噴嘴的距離分別為25.78mm、26.12mm．雖然Case J、Case H與圖2中3個(gè)工況的伴流當(dāng)量比不同，但仍可以分析得到：高溫進(jìn)一步促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)，使在更高的射流速度下仍能形成穩(wěn)定的推舉火焰．在較高的射流速度下形成的孤立火核，可能會(huì)發(fā)展到與火焰根部相連，也可能在強(qiáng)湍流作用下吹熄．盡管Case H與Case J的伴流溫度相差不大，但是Case H中伴流氧含量更大，使在徑向上更遠(yuǎn)的地方仍然有氧氣存在，導(dǎo)致火核的徑向?qū)挾雀螅?/p>

圖3?Case J與Case H剛開始出現(xiàn)的火核

2.2?火核生長(zhǎng)

圖4(a)展示了火核的平均生長(zhǎng)速率，這是基于4kHz采集的1s內(nèi)連續(xù)圖像獲得的．火核面積是根據(jù)二值化后的火核所占的像素大小決定的．如圖4(a)所示，火核自出現(xiàn)以來火核面積隨時(shí)間的變化存在線性關(guān)系，較低的熱伴流溫度產(chǎn)生的火核生長(zhǎng)得更快，通過分析圖4(b)可以看出不同溫度下火核生長(zhǎng)的差異，圖4(b)顯示了火核的長(zhǎng)寬比(軸向長(zhǎng)度/徑向?qū)挾?隨時(shí)間的變化，在給定的射流速度、伴流當(dāng)量比下，長(zhǎng)寬比在較低和較高的溫度之間同樣存在差異．低溫(約為833.5K)時(shí)表現(xiàn)出接近統(tǒng)一的長(zhǎng)寬比，火核呈圓形，實(shí)際觀察到的結(jié)果也與之相符．然而較高的伴流溫度(c＝993.2K)下長(zhǎng)寬比增加，這表明火核不再呈球形生長(zhǎng)，而是沿軸向拉伸發(fā)展．

圖4?火核面積及火核長(zhǎng)寬比隨時(shí)間變化

需要注意的一點(diǎn)是，火核的長(zhǎng)寬比隨時(shí)間變化不大，這表明火核沿著相似的混合組分輪廓方向優(yōu)先生長(zhǎng)，高溫情況下火核的輪廓較為細(xì)長(zhǎng)．由于較低的伴流溫度導(dǎo)致火核在噴嘴較下游位置形成，且空間混合分?jǐn)?shù)梯度沒有那么陡峭，因此火核沿著四周發(fā)展使火核在空間上呈球形．當(dāng)射流速度不同時(shí)，在較低的射流速度(＝6000)下火核的生長(zhǎng)速率比較高流速(＝9000)下的火核生長(zhǎng)率更大．這是因?yàn)橥牧鲝?qiáng)度的增加強(qiáng)烈地阻礙了火焰中的自燃過程，會(huì)加大對(duì)伴流產(chǎn)物的夾帶，減緩火核生長(zhǎng)，使本就較為緩慢的自燃過程更加難以發(fā)生．同時(shí)可以看到，圖5(a)中在較高的射流速度下，視野較高處偶爾可以看到產(chǎn)生的火核被吹熄．然而對(duì)于不同的射流速度，火核卻以相似的形狀生長(zhǎng)，相似的長(zhǎng)寬比意味著在不同射流速度下混合分?jǐn)?shù)場(chǎng)是幾乎不變的，這與Eitel等[14]得出的結(jié)論類似：在相同的伴流溫度下，湍流混合對(duì)CH4的自燃火核的傳播沒有明顯影響．

最后本文研究了熱伴流中氧含量對(duì)火核生長(zhǎng)的影響．為了控制只有單一變量對(duì)火核的影響，Case I和Case G都保持射流雷諾數(shù)為6000，Case G的伴流溫度為964.3K與Case I的993.2K相差不大，而兩者的伴流當(dāng)量比為0.60和0.80，可以認(rèn)為影響火核生長(zhǎng)的主要因素為伴流氧含量．伴流中隨著氧含量增加會(huì)擴(kuò)大整體反應(yīng)區(qū)，在整個(gè)空間內(nèi)氧的混合分?jǐn)?shù)場(chǎng)更加均勻，使在較高的氧含量下火核生長(zhǎng)較快并且火核會(huì)向空間的四周發(fā)展，所以在伴流當(dāng)量比為0.60時(shí)火核的長(zhǎng)寬比趨近于1，如圖5所示．

圖5?Case G和Case I中連續(xù)9幀的火核發(fā)展

2.3?火核質(zhì)心運(yùn)動(dòng)

為了探究質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度，選取21張連續(xù)的圖像，該序列包含火核從出現(xiàn)到與火焰根部相接的全過程，連續(xù)兩張之間的時(shí)間間隔為0.25ms．通過一種簡(jiǎn)便有效的算法求出火核的質(zhì)心坐標(biāo)，將兩幀之間的坐標(biāo)根據(jù)相機(jī)分辨率轉(zhuǎn)換為實(shí)際距離再除以0.25ms即可得到質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度．圖6表示在＝0.80與c＝833.5K時(shí)不同射流速度下的火核質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度．在圖6中并沒有看到在不同射流速度下，每個(gè)工況的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度有明顯的差距．但是仍可以看到在較高的射流速度(＝9000)下火核質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度的波動(dòng)明顯大于Case D與Case E的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度．這是因?yàn)樵趶?qiáng)烈的湍流作用下，一方面火核的發(fā)展遭到抑制和破壞，另一方面湍流產(chǎn)生的漩渦結(jié)構(gòu)會(huì)拉伸火核使其上下波動(dòng)，從這一方面也可以解釋Eitel等[17]發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，即對(duì)于熱伴流火焰隨著湍流的增強(qiáng)，火焰根部發(fā)生劇烈的波動(dòng)甚至吹熄．

圖6?不同射流速度下火核的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化

為了進(jìn)一步展示火核質(zhì)心在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，在每一個(gè)工況下選取5～6個(gè)火核發(fā)展事件，使每個(gè)工況下都至少含有100個(gè)火核的質(zhì)心坐標(biāo)．如圖7所示，中間的黑色虛線代表射流的中心軸線．Case E與Case F相較，射流速度越大，火核的軸向范圍越大，而且湍流作用使火核向射流中心移動(dòng)更近，沿徑向向外移動(dòng)的概率減?。送猓榱鳒囟鹊脑黾訒?huì)使自燃發(fā)生在更大的混合物分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，導(dǎo)致火核產(chǎn)生在更靠近噴嘴的位置并增加自燃的徑向范圍．

圖7?不同射流速度下火核質(zhì)心在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡

考慮到火核的瞬時(shí)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度無法說明其隨射流速度增大的趨勢(shì)，這里引入平均運(yùn)動(dòng)速度的概念，即火核從產(chǎn)生到發(fā)展完全所運(yùn)動(dòng)的路程除以總的時(shí)間．為了使結(jié)果更具有統(tǒng)計(jì)意義，對(duì)每個(gè)工況采用5個(gè)獨(dú)立的火核發(fā)展事件，用5個(gè)火核總的運(yùn)動(dòng)路程除以總的時(shí)間．如圖8所示，雷諾數(shù)從3000～5000平均速度呈減小趨勢(shì)，當(dāng)繼續(xù)增大到7000時(shí)平均速度幾乎不變，在這一范圍主要是化學(xué)反應(yīng)在起主要的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步增大強(qiáng)烈的湍流作用會(huì)讓火核發(fā)生劇烈波動(dòng)．

圖8?不同射流速度下火核質(zhì)心的平均運(yùn)動(dòng)速度

3?結(jié)?論

本文對(duì)甲烷射流在熱伴流中的自燃特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在低伴流溫度(c＝812.4K)下，研究了不同射流速度的時(shí)均火焰圖像和相應(yīng)工況下初次出現(xiàn)火核的情況，并進(jìn)一步討論了高溫(c＝993.2K)時(shí)自燃發(fā)生的位置．在不同射流速度、伴流溫度和當(dāng)量比下比較了火核的生長(zhǎng)速率、長(zhǎng)寬比和火核的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度，得出以下結(jié)論：

(1) 射流速度增大導(dǎo)致火焰的抬舉高度增加，高射流速度(＝6000)時(shí)沒有明顯提高抬舉高度，這與點(diǎn)火軸向位置在射流速度增大下的變化趨勢(shì)相反．雷諾數(shù)升高，增加了對(duì)熱伴流產(chǎn)物的夾帶，使自燃發(fā)生在更靠近噴嘴的位置，繼續(xù)升高射流速度?(＝9000)沒有顯著改變點(diǎn)火位置，而是阻礙了自燃火核的生長(zhǎng)．

(2) 在給定的射流速度、熱伴流當(dāng)量比下，火核生長(zhǎng)速率和長(zhǎng)寬比在較低和較高的伴流溫度之間存在差異．低溫(c＝833.5K)時(shí)，火核生長(zhǎng)更快且接近統(tǒng)一的長(zhǎng)寬比，火核呈圓形．高溫(c＝993.2K)時(shí)，火核生長(zhǎng)較慢、長(zhǎng)寬比增加，表明火核不再是圓形而是在軸向拉長(zhǎng)．低溫下火核的長(zhǎng)寬比隨時(shí)間變化不大，而高溫下火核的輪廓較為細(xì)長(zhǎng)．湍流強(qiáng)度升高強(qiáng)烈地阻礙了火焰中的自燃過程，減緩了火核的生長(zhǎng)．此外在較高的氧含量下火核生長(zhǎng)較快并且會(huì)向空間四周發(fā)展．

(3) 高射流速度(＝9000)時(shí)火核質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度的波動(dòng)明顯更劇烈，火核的軸向范圍更大，使火核向射流中心移動(dòng)，呈徑向向外移動(dòng)的概率減?。詈?，溫度升高會(huì)使火核產(chǎn)生在更大的混合物分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，導(dǎo)致自燃發(fā)生在更靠近噴嘴的位置并增加自燃發(fā)生的徑向范圍．

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Auto-Ignition Behavior in Methane Jet-in-Hot-Coflow Flames

Zou Qiang，Song Erzhuang，Lei Qingchun，F(xiàn)an Wei

(School of Energy and Power，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710129，China)

High-speed CH*chemiluminescence measurements were performed to investigate the auto-ignition behavior in methane jet-in-hot-coflow flames. The temporal evolution of growth rate of auto-ignition kernel，aspect ratio，and movement velocity of the kernel centroid were extracted under different jet velocities and equivalence ratios. Results showed that the auto-ignition location becomes lower with the increase of jet velocity. Further increase of jet velocity no longer lowers the occurrence location of the kernel，but it suppresses its growth. With the same jet velocity and equivalence ratio，the growth rate and aspect ratio of auto-ignition kernels are very sensitive to coflow temperature. Under low coflow temperature，the auto-ignition kernels grow more quickly and have a similar aspect ratio to a sphere. Under high coflow temperature，the aspect ratio increases with jet velocity，meaning that the auto-ignition kernels grow in an ellipse expanding manner rather than in a spherical manner.

auto-ignition；jet-in-hot-coflow flame；growth rate of auto-ignition kernel；aspect ratio of auto-ignition kernel；movement velocity of the kernel centroid

TK11

A

1006-8740(2023)02-0143-07

10.11715/rskxjs.R202302007

2022-03-12．

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91741108).

鄒?強(qiáng)（1997—??），男，碩士研究生，qiangzou@mail.nwpu.edu.cn.

雷慶春，男，博士，副教授，lqc@nwpu.edu.cn.

(責(zé)任編輯：隋韶穎)