基于的狭长受限空间油气爆炸中间基团浓度分布(4)
图8 流场不同位置处片状激光区域内OH基平均荧光强度的变化Fig.8 Variation of average LIF intensity of OH radical in the laser sheet region at different positions of the flow field
图9 相同位置不同油气浓度下的OH基分布Fig.9 Distribution of OH radical in the same region under different oil gas concentrations
OH 基是由裂解生成的氢、含氢的自由基及分子氧化而来,OH 基浓度越来越大,说明燃烧过程发生了大量的裂解和氧化反应。图8是激光区域内上述三个位置的火焰中OH 基平均荧光强度,荧光强度越强,表明OH 基浓度越大。从图中可以看出,OH 基的LIF 强度随着爆燃的发展越来越强,即火焰中的OH 基浓度越来越大,混合气的裂解和氧化反应越来越剧烈。OH 基荧光强度曲线斜率的大小反映了燃烧过程中裂解和氧化反应剧烈程度变化的快慢,从图中发现,相比于爆燃前期,爆燃后期反应更为猛烈,更多油气参与燃烧反应,释放的热量也更大。
2.3 不同初始油气浓度条件下的OH基浓度分布
初始油气浓度是影响油气爆炸性质的一个主要因素。为探究不同初始油气浓度造成火焰传播速度、爆炸超压等爆炸性质差异的原因,对1.1%、1.8%、2.4%三种油气浓度(体积分数)下爆燃初期的OH 基分布进行了研究,以分析其燃烧机制和化学反应特点。图9是上述三种初始浓度下爆燃初期火焰中OH 基的分布情况。根据颜色深浅可以判断,三种工况下OH 基浓度的大小关系为:1.8%>1.1%>2.4%%浓度下,OH 基在火焰锋面上的分布较为均匀,说明火焰锋面各处的化学反应剧烈程度相当,火焰向四周方向上的传播速度相差不大,造成火焰呈近似的半球形%浓度下,OH 基大量集中在火焰锋面前端,说明前端化学反应十分剧烈,火焰在轴向上呈明显的加速传播趋势,形成了类似于山峰形状的火焰结%浓度下,OH 基仅在火焰锋面上有较弱的分布,油气燃烧化学反应很弱,火焰不能快速向外扩散。
3 结 论
(1)设计搭建了油气爆炸PLIF 测量系统,通过设计的时序控制子系统解决了点火系统点火、激光器脉冲激光发出、ICCD 拍摄相互之间的时间延迟问题,实现非稳态预混燃烧中OH基的瞬态测量。
(2)基于PLIF 系统,测量了不同工况下爆炸流场中OH 基的浓度大小及分布情况,分析了不同时刻、不同油气浓度、不同流场位置的OH 基发光强度。结果表明,1.1%~2.4%油气浓度之间,OH 基浓度先增大后减小;随着火焰的传播发展,OH 基浓度不断变大,说明爆炸在不断强化;爆燃前期OH 基主要分布在火焰外沿,爆燃中期分布在Tulip火焰中的各处,爆燃后期分布在火焰前端,这说明不同爆燃阶段的燃烧反应区域有较大差异;爆燃前期火焰与壁面之间有“隔离带”,这是由未燃气浓度增大导致火焰传播变慢的结果。
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