雾化气流脉动下乙醇喷雾旋流火焰特性

陈湘男; 谢定江; 马康; 唐勇; 李水清; 王宁飞; 石保禄

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210070

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雾化气流脉动下乙醇喷雾旋流火焰特性

燃烧、传热、传质 | 更新时间：2025-04-07

- 雾化气流脉动下乙醇喷雾旋流火焰特性
- Characteristics of ethanol spray flame under flow pulsation in swirl burner
- 航空动力学报 2022年37卷第1期页码：67-75
- 作者机构：
  
  1.北京理工大学宇航学院，北京 100081
  2.清华大学机械工程学院能源与动力工程系，北京 100084
- 作者简介：
  
  陈湘男（1996-），男，硕士生，主要从事液体燃料不稳定燃烧实验研究。
  石保禄（1983-），男，教授、博士生导师，博士，主要从事旋流燃烧、富氧燃烧、发动机燃烧等方面的研究。E⁃mail：shibaolu@bit.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金重大研究计划重点项目(91641204);国家自然科学基金(51676016);中国博士后科学基金(2020M680379)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210070
  中图分类号：
- 稿件说明：
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陈湘男, 谢定江, 马康, 等. 雾化气流脉动下乙醇喷雾旋流火焰特性[J]. 航空动力学报, 2022,37(1):67-75.

Xiangnan CHEN, Dingjiang XIE, Kang MA, et al. Characteristics of ethanol spray flame under flow pulsation in swirl burner[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(1): 67-75.
陈湘男, 谢定江, 马康, 等. 雾化气流脉动下乙醇喷雾旋流火焰特性[J]. 航空动力学报, 2022,37(1):67-75. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210070.

Xiangnan CHEN, Dingjiang XIE, Kang MA, et al. Characteristics of ethanol spray flame under flow pulsation in swirl burner[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(1): 67-75. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210070.

摘要

针对雾化气流脉动条件下乙醇喷雾旋流非稳态燃烧问题，开展了不同雾化流量下乙醇喷雾旋流火焰对雾化气流脉动响应特性的实验研究，揭示了不同脉动频率和脉宽时长下火焰长度和抬升高度的响应特性，获得了乙醇喷雾燃烧在雾化气流脉动条件下的火焰结构、温度分布等动态规律。结果表明：随着雾化流量增加，旋流火焰由附着演化为抬升；此外，雾化气流脉动影响乙醇的雾化过程，从而使附着火焰的火焰长度和抬升火焰的抬升高度发生同频振荡；在相同的实际雾化流量下，雾化气流脉动使得附着火焰平均火焰长度和抬升火焰平均抬升高度增加；同时脉动直接改变了液滴速度、尺寸和空间分布，促进了乙醇的氧化燃烧，使得整体释热率增加，而不同频率的脉动，对喷雾火焰的释热几乎无影响。

Abstract

The unsteady combustion behaviors of an ethanol spray flame perturbed by pulsations of different atomizing gaseous flows were investigated experimentally.By varying the atomizing gas flow rate，the responses of flame length and lift⁃off height to different pulsation frequencies and durations，as well as the flame structure and temperature distribution under flow pulsations，were examined.The results showed that the spray flame changed from attachment to lift⁃off as the atomizing flow⁃rate increased.The atomizing process of liquid ethanol was significantly affected by the flow pulsation，resulting in oscillations of flame length and lift⁃off height at the same frequency.Under the same atomizing flow rate，the average flame length of attached flame and lifting height of lift⁃off flame increased.The droplet velocity，size and spatial distribution dominating the mixing of ethanol spray and oxidant were directly affected by flow pulsation，resulting in an enhancement of heat⁃release，while the effect of pulsating frequency was less significant.

关键词

Keywords

references

张俊 , 涂晓波 , 陈爽 , 等 . 贫燃预混旋流火焰PIV和OH⁃PLIF瞬态同步测量 [J]. 航空动力学报 , 2020 , 35 （ 10 ）: 2046 ⁃ 2055 .

ZHANG Jun , TU Xiaobo , CHEN Shuang , et al . Instantaneous and simultaneous PIV and OH⁃PLIF measurement for lean premixed swirl flame [J]. Journal of Aerospace Power , 2020 , 35 （ 10 ）: 2046 ⁃ 2055 . （in Chinese）

GUPTA A K , LILLEY D G , SYRED N . Swirl flows,energy and engineering science series [M]. London : Abacus Press , 1984 .

黄玉辉 . 液体火箭发动机燃烧稳定性理论、数值模拟和实验研究 [D]. 长沙：国防科技大学， 2001 .

HUANG Yuhui . Theoretical numerical simulation and experimental investigations of combustion instability in liquid rocket engine [D]. Changsha : National University of Defence Technology , 2001 . （in Chinese）

HARRJE D T , REARDON F H . Liquid propellant rocket combustion instability [R]. NASA SP⁃194 , 1972 .

O'CONNOR J , ACHARYA V , LIEUWEN T . Transverse combustion instabilities:acoustic,fluid mechanic,and flame processes [J]. Progress in Energy and Combustion Science , 2015 , 49 : 1 ⁃ 39 .

李佳楠，雷凡培，周立新，等 . 液体火箭发动机背压振荡环境下的雾化特性研究进展 [J]. 推进技术， 2019 , 40 （ 11 ）: 2401 ‑ 2419 .

LI Jianan , LEI Fanpei , ZHOU Lixin , et al . Recent advances of atomization characteristics under oscillating backpressure conditions in liquid rocket engines [J]. Journal of Propulsion Technology , 2019 , 40 （ 11 ）: 2401 ⁃ 2419 . （in Chinese）

苏凌宇 , 丰松江 , 聂万胜 , 等 . 基于燃料液滴蒸发过程的液体火箭发动机低频不稳定燃烧激励机理分析 [R]. 山东青岛：高等学校工程热物理第20届全国学术会议 , 2014 .

FABRICE G , PIERRE G , OLAF D , et al . Influence of pulsed entries on a spray generated by an air⁃blast injection device:an experimental analysis on combustion instability processes in aeroengines [J]. Proceedings of the Combustion Institute , 2002 , 29 （ 1 ）: 91 ⁃ 98 .

MIRAT C , DUROX D , SCHULLER T . Stability analysis of a swirl spray combustor based on flame describing function [J]. Proceedings of the Combustion Institute , 2015 , 35 （ 3 ）: 3291 ⁃ 3298 .

DAY I J . Active suppression of rotating stall and surge in axial compressors [J]. Journal of Turbomachinery , 1993 , 115 （ 1 ）: 40 ⁃ 47 .

AKDAG R , ALTILAR T . A comparative study on practical evasive maneuvers against proportional navigation missiles [J]. AIAA⁃ 2005 ⁃ 6352 , 2005 .

王东南 . J⁃7 型飞机空中意外停车及起动 [J]. 飞行力学 , 1989 （ 1 ）: 78 ⁃ 81 .

YOU D , HUANG Y , YANG V . A generalized model of acoustic response of turbulent premixed flame and its application to gas⁃turbine combustion instability analysis [J]. Combustion Science and Technology , 2005 , 177 （ 5/6 ）: 1109 ⁃ 1150 .

IDAHOSA U , SAHA A , XU C , et al . Non⁃premixed acoustically per turbed swirling flame dynamics [J]. Combustion and Flame , 2010 , 157 （ 9 ）: 1800 ⁃ 1814 .

CANDEL S , DUROX D , SCHULLER T , et al . Progress and chal⁃lenges in swirling flame dynamics [J]. Comptes Rendus Mécanique , 2012 , 340 （ 11/12 ）: 758 ⁃ 768 .

CANDEL S , DUROX D , SCHULLER T , et al . Dynamics of swirl⁃ing flames [J]. Annual Review of Fluid Mechanics , 2014 , 46 （ 1 ）: 147 ⁃ 173 .

赵海亮，由长福，徐旭常，等 . 燃气流量低频脉动下的火焰结构特征 [J]. 清华大学学报（自然科学版）， 2004 , 44 （ 8 ）: 1071 ⁃ 1074 .

ZHAO Hailiang , YOU Changfu , XU Xuchang , et al . Flame characteristics during low frequency fuel flow⁃rate oscillations [J]. Journal of Tsinghua University （Science and Technology） , 2004 , 44 （ 8 ）: 1071 ⁃ 1074 . （in Chinese）

CUI W , REN Y , LI S . Stabilization of premixed swirl flames under flow pulsations using microsecond pulsed plasmas [J]. Journal of Propulsion and Power , 2019 , 35 （ 1 ）: 1 ⁃ 11 .

崔巍 . 等离子体激励下的旋流火焰动力学控制机理研究 [D]. 北京：清华大学， 2018 .

CUI Wei . Mechanisms of swirl flames control using plasma actuation [D]. Beijing : Tsinghua University , 2018 . （in Chinese）

陆嘉，廖光煊，陶常法 . 甲烷射流扩散火焰结构试验研究 [J]. 安全与环境学报， 2010 , 10 （ 6 ）: 164 ⁃ 168 .

LU Jia , LIAO Guangxuan , TAO Changfa . Experimental study of flame shape of methane jet diffusion flame [J]. Journal of Safety and Environment , 2010 , 10 （ 6 ）: 164 ⁃ 168 . （in Chinese）

JELLA S E , WONG W Y K , STEINBERG A M , et al . Attached and lifted flame stabilization in a linear array of swirl injectors [J]. Proceedings of the Combustion Institute , 2021 , 38 （ 4 ）: 6279 ⁃ 6287 .

赵晓尧，石保禄，李博，等 . 高氧气浓度甲烷不稳定燃烧实验研究 [J]. 工程热物理学报 , 2020 , 41 （ 2 ）: 474 ⁃ 481 .

ZHAO Xiaoyao , SHI Baolu , LI Bo , et al . Investigation on the instability of methane/oxygen combustion under high oxygen concentration [J]. Journal of Engineering Thermophysics , 2020 , 41 （ 2 ）: 474 ⁃ 481 . （in Chinese）

余筱，赵晓尧，马康，等 . 声场扰动下预混旋流管状火焰动态响应特性 [J]. 航空动力学报， 2020 , 35 （ 8 ）: 1655 ⁃ 1663 .

YU Xiao , ZHAO Xiaoyao , MA Kang , et al . Characteristics of premixed swirling tubular flame under acoustic perturbation [J]. Journal of Aerospace Power , 2020 , 35 （ 8 ）: 1655 ⁃ 1663 . （in Chinese）

ISHIZUKA S , HAGIWARA R , SUZUKI M , et al . Combustion characteris tics of a tubular flame burner [J]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers:Part B , 2000 , 66 （ 652 ）: 3226 ⁃ 3232 .

ISHIZUKAS S , MOTODAMARI T , SHIMOKUTI D . Rapidly mixed combustion in a tubular flame burner [J]. Proceedings of the Combustion Institute , 2007 , 31 （ 1 ）: 1085 ⁃ 1092 .

SHI B , PENG W , LI B , et al . CO 2 diluted propane/oxygen combustion in a rapidly mixed tubular flame burner [J]. Proceedings of the Combustion Institute , 2017 , 36 （ 3 ）: 4261 ⁃ 4268 .

彭维康 , 赵晓尧 , 初庆钊 , 等 . 基于急速混合管状火焰技术的丙烷富氧燃烧 [J]. 航空动力学报 , 2017 , 32 （ 11 ）: 76 ⁃ 84 .

PENG Weikang ， ZHAO Xiaoyao ， CHU Qingzhao , et al . Oxy‑fuel combustion of propane in a rapidly mixed tubu⁃lar flame burner [J]. Journal of Aerospace Power , 2017 , 32 （ 11 ）: 76 ⁃ 84 . （in Chinese）

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