Гидродинамика и структура обращенного опрокинутого пламени

• Автор: Алексеев, Максим Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Сургут
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Особенности течения газа при обращении пламени на теле обтекания
1.1 Влияние обращения и опрокидывания пламени на его структуру и перестройку течения
1.2 Методы исследования структуры обращенного опрокинутого пламени и тепломассообмена в вихревом течении
1.3 Программа исследований
2. Методика эксперимента
2.1 Объекты исследований
2.2 Системы и методы визуализации вихревых течений, автоматического контроля и измерения параметров среды
2.2.1 Метод муарового аналога интерференции для измерения глубины выгорания поверхности теплообмена
2.2.2 Метод цифровой фотометрии для исследования температурного поля пламени
2.2.3 Метод светящихся треков
3. Закономерности самопроизвольного формирования вихревых структур в обращенном пламени
3.1 Устойчивость обращенного пламени
3.1.1 Границы устойчивости обращенного пламени в параллельном потоке
3.1.2 Границы устойчивости опрокинутого обращенного пламени в параллельном потоке
3.1.3 Границы устойчивости опрокинутого пламени, обращенного на поперечном стабилизаторе

3.2 Изменение структуры и скорости теплообмена в обращенном
пламени при его опрокидывании
4. Физические явления, определяющие горение и теплообмен в обращенном пламени
4.1 Влияние дрейфа на продольном стабилизаторе на гистерезис условий стабилизации пламени
4.2 Механизмы влияния вихреобразования в «опрокинутом» пламени
на интенсивность теплообмена
4.3 Влияние гидродинамического растяжения пламени на его структуру
Заключение
Литература
Приложение А. Функция обработки фотографий методом цифровой
фотометрии
Приложение Б

Введение
Актуальность проблемы. Среди первостепенных актуальных задач научных и прикладных исследований научным советом по горению и взрыву РАН отмечены следующие направления:
- описание развития гидродинамической неустойчивости фронта пламени и турбулентное горение;
- разработка способов управления сгоранием топлива в энергетических и силовых установках для достижения высокой эффективности при низком уровне вредных выбросов;
- создание и развитие оптических методов диагностики процессов горения.
Течение среды с фронтальными химическими реакциями вблизи тела, формирующего пограничный слой, вызывает значительный научный и практический интерес в связи с фундаментальными проблемами теории турбулентности и возможностью существенной интенсификации процессов тепломассообмена. Влияние теплового и динамического пограничного слоя на формирование и устойчивость фронта горения многогранно и неоднозначно. Построение теорий, адекватно отражающих формирование и устойчивость фронта пламени, а также процессы переноса вблизи него сопряжено с недостатком экспериментальных данных. Сведения о закономерностях формирования пограничного слоя вблизи тела обтекания очень малых размеров в научной литературе отсутствуют вообще. Закономерности стабилизации пламени и горения газов вблизи тела обтекания, имеющего характерный размер, сравнимый с тепловой толщиной фронта, практически не изучены. В ламинарной струе газа развитие пограничного слоя вдоль оси струи приводит к появлению двух и более максимумов в радиальном профиле скорости, что является причиной периодического вихреобразования и неустойчивости горения. Опрокидывание пламени относительно вектора ускорения свободного

Исходя из недостаточной изученности и важности такого объекта как обращенное и опрокинутое пламя, сформулирована цель работы и составлена программа исследований. Целью работы является изучение гидродинамических явлений и процессов теплопереноса, связанных с закономерностями формирования обращенного опрокинутого газовоздушного пламени в'открытой атмосфере и в объеме камеры сгорания. Программа исследований включает в себя выполнение следующих научных задач:
- разработка экспериментальной установки и комплексной методики измерений, визуализации и компьютеризированной обработки полученных данных;
- разработка метода цифровой фотометрии для исследования температурного поля пламени и изучения влияния стретч-эффекта на устойчивость горения;
- проведение ряда экспериментов по определению областей устойчивого горения пропановоздушной смеси в обращенном и опрокинутом пламени в открытой атмосфере, цилиндрической камере сгорания и в канале Хил-Шоу для стабилизаторов, параллельных и перпендикулярных направлению потока;
- изучение условий самопроизвольного формирования вихревых структур при опрокидывании пламени;
- исследование гистерезисных явлений, связанных с нагревом стабилизатора и формированием вихревых структур;
- исследование динамической перестройки полей скорости и температуры в вихревой структуре при изменении режимов горения: скорости вдува, состава горючей смеси, характерных размеров пламени, гравитационных условий и др.;
- исследование влияния самопроизвольной вихревой структуры на интенсивность теплопередачи из пламени на стенки камеры сгорания.