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不同声场作用下甲烷/空气部分预混火焰NOx生成特性尚未获得系统的研究和认识,基于涡与火焰耦合作用,分析声参数、流场参数对部分预混火焰EINOx生成具有重要的工程价值和学术意义。为了探索不同声作用下EINOx生成特性与机理,搭建了扬声器激励下火焰NOx生成与动力学研究实验系统,通过热电偶测温、火焰图像采集与处理、PIV速度场测试、NOx测量等实验手段,系统给出了流场参数、声参数对部分预混火焰EINOx生成的影响规律,从涡的角度细致地分析了影响的机理,基于涡运动理论与对流波理论构建了声作用下部分预混火焰EINOx生成的动力学模型。本文的主要工作和成果如下:1.声参数、流场参数对声作用下部分预混火焰NOx生成的作用规律细致分析了当量比、二次风流速、射流Re数等流场参数和频率、振幅等声场参数对声作用下部分预混火焰EINOx生成的影响,结果发现:①当量比对EINOx的作用在4出现转折,当量比小于4时,EINOx随当量比的增加而降低;当量比大于4时,随当量比的增加而趋于平稳;②二次风流速增加使得火焰长度减小,EINOx降低;③预混气Re数增加,使涡的作用向火焰下游转移,对火焰影响减弱,使得EINOx增大;④频率对EINOx的影响存在临界频率[170,190]cf?,当小于cf时,随频率增大,涡作用逐渐向火焰上游转移,EINOx增大,且EINOx?kf?b,k?[0.01,0.03],b?[0.4,0.5];当大于cf时,随频率增加EINOx变化规律不明显;⑤振幅对EINOx影响也存在一致的临界频率,当小于cf时,随振幅增加,涡作用逐渐增强,火焰长度明显减小,EINOx随之减小,且EINOx?k A?b,k?[?0.009,?0.003],b?[1,5];当大于cf,EINOx随振幅增加逐渐增加。2.声作用下涡与扩散火焰耦合降低NOx生成的作用规律在给出声场参数与流场参数对扩散火焰EINOx影响规律的同时,通过对流场中涡结构的分析,细致分析了声作用下扩散火焰内声与涡、涡与EINOx的关系:①随燃气Re数的增加,火焰长度增大,EINOx增加;②二次风流速增加,氧化剂逐渐由足量过度至过量,反而降低火焰温度,EINOx反应速率加快,总量先增大后减小;③频率对声作用下扩散火焰EINOx的影响也存在cf的同时,还存在共振频率,在共振频率下火焰发生弯曲与褶皱,火焰被压缩入燃烧器内,EINOx明显减小;④频率小于cf时,EINOx随振幅增加而减小,且满足线性方程;但大于cf时,EINOx随振幅增加而增大;⑤声作用下扩散火焰EINOx与火焰流场内涡直径和涡作用高度成正比,与涡的生命周期成反比;⑥声振幅与涡直径、涡作用高度和涡生命周期均成反比,且存在确定的线性关系;⑦声场频率与涡生命周期成正比。3.声作用下涡与部分预混火焰耦合作用降低NOx生成的动力学模型基于涡运动理论,分析了声作用下扩散火焰锋面EINOx与涡结构和涡运动参数的关系,并形成对应的现象学模型:①随涡直径增大,涡旋转速度减小,涡作用减小,EINOx增大,且EINOx(35 108)/100vortex?d?;②随涡作用高度的增加,涡向下游转移,对火焰影响减小,EINOx增大,且EINOx?(S?7)/10;③涡生命周期与EINOx成正比,随生命周期增加,火焰停留时间增加,EINOx增大;④随声作用下扩散火焰投影面积、火焰表面积、火焰体积增加,NOx生成空间区域增加,EINOx增大,且1/2100EINOx 10 108f?A?,1/2EINOx 0.076 1.08s?A?,1/3EINOx 0.091 1.08f?V?;⑤通过实验数据对上述关系模型进行验证,误差小于10%。基于对流波理论,分析了声作用下预混火焰锋面EINOx生成与对流波波长和脉动振幅的关系,并形成了EINOx生成的动力学模型:①随对流波波长增加,NOx生成的空间条件被强化,EINOx增大;②脉动位移和火焰St数与EINOx生成成反比,且EIN O x?0.3?,’EINOx 0.005+4A????St;③基于实验数据对模型进行验证,符合模型准确性的要求。通过比例方法耦合扩散锋面与预混锋面的EINOx生成模型,①形成了声作用下涡与部分预混火焰耦合影响EINOx生成的动力学模型,如式5-64;②通过部分预混火焰EINOx生成与PIV图像进行验证,以vortexd为中间参数的模型误差为10%,而以S为中间参数的模型误差为22.2%;③通过引入具有化学反应因素的Da数修正EINOx生成模型,使模型与实验数据的误差均降低至10%以内。