預(yù)燃火焰引燃高壓甲烷射流的數(shù)值模擬

仇 滔，鄧玉婉，雷 艷，馬雪健，石 磊，王曉艷

(1. 北京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與生命學(xué)部，北京 100124；2. 內(nèi)燃機(jī)可靠性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濰坊 261061)

為響應(yīng)國(guó)家提出的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，清潔燃料和先進(jìn)燃燒技術(shù)成為內(nèi)燃機(jī)行業(yè)低碳化發(fā)展的重要方向[1].天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排的一大途徑備受關(guān)注，天然氣缸內(nèi)高壓直噴(HPDI)技術(shù)的熱效率與排放性能均優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的進(jìn)氣道噴射[2]技術(shù)，成為天然氣內(nèi)燃機(jī)的重要技術(shù)手段[3].

HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)是燃燒和噴射同時(shí)存在，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程上止點(diǎn)前噴入適量的柴油預(yù)先著火，形成火源后噴射高壓天然氣，射流進(jìn)入柴油壓燃形成的已燃區(qū)后被引燃，實(shí)現(xiàn)天然氣的非均質(zhì)湍流燃燒.射流來(lái)流與預(yù)燃火焰之間的作用關(guān)系直接影響到缸內(nèi)燃燒過(guò)程，進(jìn)而影響著火穩(wěn)定性.

學(xué)者們針對(duì)來(lái)流與火焰之間的關(guān)系開(kāi)展了研究.Zhu 等[4]研究了有風(fēng)工況下穩(wěn)態(tài)火焰的轉(zhuǎn)變發(fā)展過(guò)程，結(jié)果表明：風(fēng)速對(duì)火焰擴(kuò)散速率和燃料消耗速率有不同程度的影響.Ji 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速大于臨界值時(shí)，正庚烷池火焰向室外傾斜，火焰傾斜角和平均火焰長(zhǎng)度隨著風(fēng)速的增大而增大.朱躍進(jìn)等[6]對(duì)混合氣中激波與火焰相互作用過(guò)程進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，結(jié)果表明：激波馬赫數(shù)的增加或初始混合氣中CH4和O2的增加會(huì)促進(jìn)火焰的變形、膨脹，甚至爆轟.綜上可知，氣流對(duì)火焰的燃燒及傳播均有明顯影響.但目前針對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)先燃燒后射流的燃燒特點(diǎn)，以及缸內(nèi)燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律則鮮見(jiàn)報(bào)道.

缸內(nèi)燃燒對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)十分重要，但缸內(nèi)燃燒復(fù)雜性使得對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)的研究多集中于整機(jī)上.Li 等[7]研究發(fā)現(xiàn)，HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)屬于擴(kuò)散燃燒，缸內(nèi)直噴壓力、噴射時(shí)刻均影響排放性能.Takagi等[8]研究發(fā)現(xiàn)，HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合氣形成過(guò)程中氣體射流的作用居于主導(dǎo)地位，氣體射流引起的湍流會(huì)進(jìn)一步影響燃燒和排放.李徐程等[9]研究發(fā)現(xiàn)，天然氣噴射正時(shí)的提前與較短的天然氣噴射持續(xù)期均有利于天然氣射流的著火.陳貴升等[10]以射流角度為變量對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：天然氣射流通過(guò)渦旋結(jié)構(gòu)影響柴油射流，導(dǎo)致燃燒速率增加.以上研究多集中于著火特性、引燃柴油噴射策略優(yōu)化和排放性能，對(duì)缸內(nèi)復(fù)雜燃燒機(jī)制的基礎(chǔ)研究較少.

筆者課題組利用定容燃燒彈開(kāi)展了高壓射流沖擊預(yù)燃火焰的試驗(yàn)[11]，發(fā)現(xiàn)不同工況下會(huì)出現(xiàn)引燃或者吹熄火焰的現(xiàn)象，針對(duì)成功引燃的情況，總結(jié)了火焰?zhèn)鞑ニ俣?、火焰面積等參數(shù)的規(guī)律[12].基于此，筆者應(yīng)用ANSYS Fluent 軟件模擬以甲烷為燃料的預(yù)燃火焰引燃高壓甲烷射流過(guò)程，得到定容燃燒彈內(nèi)溫度場(chǎng)、湍流場(chǎng)的空間分布，并獲得詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)速率與生成物濃度變化規(guī)律，進(jìn)而分析預(yù)燃火焰、引燃火焰與高壓射流共存時(shí)的燃燒行為.

1 物理模型與數(shù)值方法

1.1 研究對(duì)象及試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)通過(guò)定容燃燒彈試驗(yàn)裝置臺(tái)開(kāi)展，向定容燃燒彈內(nèi)預(yù)噴燃料，形成當(dāng)量比為1.16 的甲烷-空氣預(yù)混背景氣體；靜置一段時(shí)間，在定容燃燒彈內(nèi)點(diǎn)火形成預(yù)混燃燒，點(diǎn)火時(shí)刻為0 ms；預(yù)混火焰燃燒5 ms時(shí)，再次以10 MPa 的壓力向定容燃燒彈內(nèi)噴入甲烷射流，高壓甲烷射流與預(yù)燃球形火焰相互作用.在試驗(yàn)基礎(chǔ)上[12]，筆者對(duì)預(yù)燃火焰成功引燃射流的工況進(jìn)行模擬分析，此工況射流噴射壓力p＝10 MPa、預(yù)混氣當(dāng)量比φ＝1.16，點(diǎn)火射流時(shí)間間隔τ＝5 ms.

圖1 為火焰?zhèn)鞑ナ疽?定義噴嘴入口中心處為x軸原點(diǎn)，沿射流方向?yàn)閤 軸，垂直噴嘴方向?yàn)閥 軸，分界面Ⅰ為甲烷射流沿x 方向由未燃區(qū)接觸預(yù)燃火焰面的分界面，分界面Ⅱ?yàn)樯淞鳑_出預(yù)燃火焰面到未燃區(qū)的分界面，可以看到在5.0 ms 時(shí)為無(wú)射流預(yù)混火焰，5.5 ms 時(shí)氣體射流自分界面Ⅰ經(jīng)未燃區(qū)進(jìn)入已燃區(qū)，7.0 ms 時(shí)射流已經(jīng)經(jīng)過(guò)分界面Ⅱ的位置，由預(yù)燃已燃區(qū)向未燃區(qū)發(fā)展，射流被預(yù)燃火焰引燃，火焰區(qū)不斷擴(kuò)大.

圖1 火焰?zhèn)鞑ナ疽釬ig.1 Schematic of flame propagation

1.2 物理模型

圖2 計(jì)算區(qū)域與網(wǎng)格局部加密示意Fig.2 Schematic of calculation area and grid local encryption

使用Fluent 對(duì)燃燒模型進(jìn)行求解時(shí)，需要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行簡(jiǎn)化：(1)在預(yù)混層流燃燒時(shí)火焰前緣為球形，無(wú)褶皺，無(wú)限?。?2)燃燒后和未燃燒時(shí)的氣體均為理想狀態(tài)；(3)管道與定容燃燒彈壁面為完全絕熱壁面；(4)不考慮熱輻射.

基于球形擴(kuò)散火焰中火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c火焰半徑、時(shí)間[13]的關(guān)系，定義火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?/p>

由于湍流場(chǎng)復(fù)雜性，故在后處理過(guò)程中湍流強(qiáng)度場(chǎng)采用湍動(dòng)能經(jīng)驗(yàn)公式[14]來(lái)計(jì)算，即

式中：sn為火焰?zhèn)鞑ニ俣?；C 為火焰貫穿距離，具體是指點(diǎn)火針中心到沿射流方向火焰最遠(yuǎn)端的距離(圖1)；t 為時(shí)間；k 為湍動(dòng)能；uRMS為湍流流動(dòng)脈動(dòng)速度的均方根值.

定義燃料摩爾分?jǐn)?shù)減少到初始值的5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度為著火溫度[15].經(jīng)計(jì)算，筆者研究工況的甲烷初始摩爾分?jǐn)?shù)為10.8%，查看燃燒結(jié)果中甲烷摩爾分?jǐn)?shù)降低到初始值5.0%處的溫度約為1 800 K，故在仿真結(jié)果中將溫度為1 800 K 以上視為著火燃燒.

1.3 模型設(shè)置與可行性驗(yàn)證

根據(jù)計(jì)算區(qū)域建立二維對(duì)稱網(wǎng)格，考慮實(shí)際流場(chǎng)，對(duì)噴嘴及噴嘴出口進(jìn)行網(wǎng)格加密，定容燃燒彈內(nèi)采用多層嵌套的O 網(wǎng)格，由于點(diǎn)火區(qū)域的溫度梯度劇增，故對(duì)點(diǎn)火處網(wǎng)格進(jìn)行加密.噴嘴入口為壓力入口邊界，模型與噴嘴周圍均為絕熱壁面邊界.

預(yù)燃火焰引燃高壓甲烷射流過(guò)程包含射流、預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒等多個(gè)過(guò)程，筆者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε 雙方程模型進(jìn)行計(jì)算，燃燒模型采用渦耗散概念(EDC)模型，點(diǎn)火應(yīng)用電火花點(diǎn)火模塊.甲烷燃燒過(guò)程采用甲烷簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理[16]，此機(jī)理包含CH4、O2、N2、CO、CO2與H2O 共6 種組分，并將甲烷燃燒分為甲烷氧化反應(yīng)(反應(yīng)1)與CO—CO2可逆反應(yīng)(反應(yīng)2、3).表1 為此機(jī)理的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，各反應(yīng)中溫度指數(shù)β＝0，反應(yīng)速率常數(shù) ki由Arrhenius 公式計(jì)算得出，即

式中：Ai為指前因子；Ei為反應(yīng)活化能；R 為摩爾氣體常數(shù)；T 為絕對(duì)溫度；i為表1中反應(yīng)序號(hào)，i＝1，2，3.

表1 甲烷燃燒簡(jiǎn)化機(jī)理Tab.1 Simplified mechanism of methane combustion

定義甲烷氧化反應(yīng)(反應(yīng)1)的反應(yīng)速率為1γ，反映甲烷燃燒的快慢，筆者以1γ與溫度為指標(biāo)共同判斷燃燒是否發(fā)生.

式中：1k 為反應(yīng)1 的反應(yīng)速率常數(shù)；cCH4與cO2分別為CH4與O2的物質(zhì)的量濃度.

模擬過(guò)程中甲烷射流設(shè)置為持續(xù)噴射，甲烷氣體視為理想氣體，其余工況見(jiàn)表2.

表2 模型及工況Tab.2 Model and working conditions

圖3 為網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證.各網(wǎng)格在初始時(shí)間內(nèi)差別不大，但由于網(wǎng)格精度的不同，射流在后續(xù)傳播中出現(xiàn)差異.當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為1.0×106～1.5×106時(shí)射流貫穿距差別極小，因而取網(wǎng)格數(shù)為1.2×106時(shí)的網(wǎng)格模型進(jìn)行模擬.

圖3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Fig.3 Validation of grid independence

考慮到火焰貫穿距離與火焰?zhèn)鞑ニ俣确謩e表征火焰發(fā)展與燃燒狀態(tài)，故選擇以上兩個(gè)指標(biāo)驗(yàn)證仿真模型的正確性.圖4 為同一工況下仿真與試驗(yàn)的火焰貫穿距離與火焰?zhèn)鞑ニ俣?，仿真與試驗(yàn)的工況均為p＝10 MPa、φ＝1.16 和τ＝5 ms.圖4a 中，兩者火焰貫穿距離曲線吻合良好.圖4b 中，5.0 ms 前兩者的純預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣任呛陷^好，5.0 ms 后由于射流的加入推動(dòng)火焰發(fā)展，火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆僭黾?，兩者的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兓?guī)律與量級(jí)基本一致，證明射流前、后火焰狀態(tài)發(fā)生改變.

圖4 仿真與試驗(yàn)值對(duì)比Fig.4 Comparison of simulation and experimental results

2 計(jì)算結(jié)果與分析

預(yù)燃火焰引燃高壓甲烷射流發(fā)展過(guò)程具有時(shí)空變化的特征.筆者首先分析引燃火焰的變化歷程，再詳細(xì)分析火焰引燃射流過(guò)程中引燃區(qū)與未引燃區(qū)形成的原因及其中的參數(shù)變化規(guī)律.

2.1 變化歷程

圖5 為流場(chǎng)發(fā)展的密度和溫度云圖，取點(diǎn)火時(shí)刻為0 ms、τ＝5 ms 工況(代表在預(yù)燃火焰發(fā)展5.0 ms時(shí)刻噴入射流).圖1a 中，定義噴嘴中心處為x 軸原點(diǎn)，沿射流方向?yàn)閤 軸，筆者重點(diǎn)關(guān)注x 軸軸線距離上的參數(shù)變化.取定容燃燒彈空間內(nèi)5 個(gè)固定位置點(diǎn)x1～x5以分析引燃燃燒過(guò)程(圖5a).依據(jù)分界面定義，圖5b 中給出了8.4 ms 時(shí)刻分界面Ⅱ與x 軸交點(diǎn)，此交點(diǎn)即為8.4 ms 時(shí)刻軸線上引燃區(qū)與未引燃區(qū)的分界點(diǎn)，需要明確的是，分界點(diǎn)同分界面一樣隨時(shí)間、位置不斷發(fā)生變化.

圖6 為不同流場(chǎng)發(fā)展時(shí)刻下沿x 軸正向的溫度分布，定義已燃區(qū)為溫度超過(guò)著火溫度的區(qū)域.由圖1 中定義可知，噴嘴入口中心處為x 軸原點(diǎn)，軸線距離為x 軸上各點(diǎn)距離原點(diǎn)的距離.5.0 ms 時(shí)為單一預(yù)混燃燒模式，此時(shí)火焰為層流燃燒產(chǎn)生的球形預(yù)混火焰，圖6 中a 區(qū)溫度關(guān)于點(diǎn)火中心x＝55 mm 對(duì)稱分布.由a 區(qū)坐標(biāo)可知，5.0 ms 時(shí)火焰半徑R＝14 mm；圖5b 中，6.0 ms 時(shí)射流處于分界面Ⅰ與分界面Ⅱ之間，射流沖擊作用壓縮預(yù)混燃燒火焰面，已燃區(qū)在軸線方向上縮短；8.0 ms 時(shí)沿軸線方向射流已達(dá)到分界面Ⅱ與x 軸交點(diǎn)后，射流被預(yù)燃火焰引燃，產(chǎn)生新的向x 軸方向繼續(xù)傳播的擴(kuò)散火焰，火焰區(qū)繼續(xù)發(fā)展變化，此時(shí)流場(chǎng)內(nèi)為預(yù)混燃燒與引燃擴(kuò)散燃燒共存的復(fù)雜燃燒模式.

圖5 流場(chǎng)的密度與溫度發(fā)展云圖Fig.5 Contour of density and temperature development of flow field

圖6 不同流場(chǎng)發(fā)展時(shí)刻下沿x 軸正向的溫度分布Fig.6 Temperature distribution along the positive x-axis under different flow fields development time

射流與火焰在0～15 mm 區(qū)域內(nèi)未接觸，因而互不影響，高壓射流導(dǎo)致此區(qū)間局部溫度降低(230 K)；5.0～8.0 ms 時(shí)刻射流從互不接觸的未燃區(qū)向預(yù)燃已燃區(qū)發(fā)展，即分界面Ⅰ與Ⅱ之間的a區(qū)(40～70 mm)，可知，a 區(qū)溫度下降至1 800 K(8.0 ms 時(shí))以下，射流未被引燃；隨后射流從預(yù)燃已燃區(qū)向未燃區(qū)繼續(xù)發(fā)展，b 區(qū)被引燃，溫度提升至燃燒溫度(2 300 K).

圖7 為不同流場(chǎng)發(fā)展時(shí)刻下沿x 軸正向的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù).6.0 ms 時(shí)刻下CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線出現(xiàn)“尖點(diǎn)”，此現(xiàn)象是由于射流由未燃區(qū)沖入已燃區(qū)時(shí)射流壓縮并推動(dòng)火焰面導(dǎo)致的CO2堆積.在射流沖擊火焰并被引燃的過(guò)程中，預(yù)燃火焰的生成物部分會(huì)由于卷吸作用被射流攜帶繼續(xù)前進(jìn)，部分會(huì)由于射流沖擊發(fā)生擾動(dòng)向四周運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散.

圖7 不同流場(chǎng)發(fā)展時(shí)刻下沿x 軸正向的CO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布Fig.7 Mass fraction of CO2 distribution along the positive x-axis under different flow fields development time

圖8 為不同流場(chǎng)發(fā)展時(shí)刻下沿x 軸正向的湍流強(qiáng)度分布.在噴嘴出口附近的區(qū)域，高壓甲烷射流引起湍流強(qiáng)度劇烈變化.射流未到達(dá)分界面Ⅰ(0～40 mm)前，湍流強(qiáng)度由單一射流引起，并不隨時(shí)間變化.6.0 ms 時(shí)刻射流的沖擊作用使得54 mm 處的湍流強(qiáng)度波動(dòng)，但未達(dá)到著火溫度(圖6)，可知6.0 ms時(shí)54 mm 處未被引燃，湍流強(qiáng)度的增加是射流沖擊擾動(dòng)的單一作用.隨著時(shí)間發(fā)展，預(yù)燃火焰引燃射流并充分發(fā)展為湍流火焰，引燃燃燒區(qū)(75～90 mm)由于引燃燃燒的發(fā)生，湍流強(qiáng)度大幅增加，且此區(qū)域內(nèi)溫度為已燃溫度.

圖8 不同流場(chǎng)發(fā)展時(shí)刻下沿x 軸正向的湍流強(qiáng)度分布Fig.8 Turbulence intensity distribution along the positive x-axis under different flow fields development time

2.2 分界面燃燒行為

圖9 為流場(chǎng)中5 個(gè)固定位置x1～x5處的溫度隨時(shí)間變化.射流分界面Ⅰ之前(x1處)由于射流氣體噴出后吸熱膨脹導(dǎo)致溫度小幅下降.x2為分界面Ⅰ、Ⅱ之間的位置，射流尚未到達(dá)x2時(shí)，此處為已燃狀態(tài)，5.8 ms 后射流導(dǎo)致x2處溫度驟降產(chǎn)生熄火.射流自未燃區(qū)進(jìn)入預(yù)燃已燃區(qū)過(guò)程中雖然帶來(lái)新鮮混合燃料，但射流來(lái)流的溫度較低，射流與預(yù)燃火焰換熱不足，難以維持穩(wěn)定射流燃燒，即x2處射流未被引燃.

圖9 不同位置溫度隨時(shí)間的變化Fig.9 Variation of temperature with time at different locations

由于x3為預(yù)燃火焰與引燃火焰的分界點(diǎn)，即界面Ⅱ與x 軸的交點(diǎn)(圖5)，故圖10 中給出了x3處溫度與甲烷反應(yīng)速率1γ隨時(shí)間的變化，圖11 為x3處在圖10 中定義的a～e 時(shí)刻下的溫度變化.圖10 中，6.0 ms 前x3處未發(fā)生燃燒.圖11 中，在a～b 時(shí)間內(nèi)預(yù)混球形火焰發(fā)展至x3處，反應(yīng)速率1γ增加，預(yù)燃燃燒使得溫度升至著火溫度；b～c 時(shí)間里高壓低溫(600 K)射流與x3處預(yù)燃已燃區(qū)交換熱量導(dǎo)致溫度小幅下降，此時(shí)1γ驟降為0，即射流沖擊導(dǎo)致x3處由預(yù)燃燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)槲匆紶顟B(tài)；c～d 時(shí)間內(nèi)射流與火焰充分交換熱量，溫度升高，此時(shí)為引燃燃燒，反應(yīng)速率1γ的峰值劇烈增加至預(yù)燃燃燒的3 倍；隨著時(shí)間發(fā)展，引燃火焰繼續(xù)向射流方向不斷發(fā)展，d～e 時(shí)間段內(nèi)燃燒火焰表面積與反應(yīng)區(qū)變化顯著.

圖10 x3 處溫度與甲烷反應(yīng)速率γ1 隨時(shí)間的變化Fig.10 Variation of temperature at x3 and the methanereaction rate γ1 with time

圖11 x3 處不同時(shí)刻下的溫度變化Fig.11 Variation of temperature at x3 under different moments

由圖9 可知，引燃區(qū)內(nèi)x4、x5點(diǎn)在射流加入后，低溫射流來(lái)流與預(yù)燃火焰已燃區(qū)進(jìn)行換熱，射流前端溫度持續(xù)上升.射流帶來(lái)的沖擊加速熱量與中間活性產(chǎn)物的傳輸，火焰面后的未燃區(qū)提供了適宜火焰燃燒的當(dāng)量比.射流傳質(zhì)和火焰強(qiáng)度共同作用使得火焰面后溫度由環(huán)境溫度增大至燃燒溫度，在x4與x5處射流依次被引燃.

綜上，在預(yù)燃火焰引燃高壓甲烷射流充分發(fā)展時(shí)，x3是軸線上未引燃區(qū)與引燃區(qū)的分界點(diǎn)，在x3前軸線位置上各點(diǎn)未達(dá)到著火溫度未被引燃，而在x3后軸線上各位置會(huì)成功引燃射流發(fā)生燃燒.

圖12 為不同位置處的湍流強(qiáng)度隨時(shí)間變化.x2處由于射流沖擊的擾動(dòng)作用，湍流強(qiáng)度發(fā)生變化，結(jié)合圖9 可知，雖然射流為x2處帶來(lái)新鮮可燃?xì)?，但未達(dá)到著火溫度，故射流未被引燃，因而在引燃燃燒中火焰強(qiáng)度與射流傳質(zhì)缺一不可.為了進(jìn)一步分析流場(chǎng)的燃燒狀態(tài)及流動(dòng)參數(shù)，對(duì)同工況下火焰引燃射流過(guò)程進(jìn)行冷態(tài)流場(chǎng)模擬.x4與x5處冷態(tài)流場(chǎng)湍流強(qiáng)度與射流燃燒湍流強(qiáng)度差異顯著，說(shuō)明引燃燃燒過(guò)程中湍流強(qiáng)度的劇烈變化是由湍流燃燒引起的.在火焰前鋒處湍流燃燒最為劇烈，湍流強(qiáng)度大幅增加，如x5所示.

圖12 不同位置湍流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化Fig.12 Variation of turbulent intensity with time at different locations

射流被引燃后，湍流擴(kuò)散火焰繼續(xù)傳播發(fā)展，引燃區(qū)x4～x5處湍流強(qiáng)度峰值依次增大，由于湍流強(qiáng)度受流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響，射流對(duì)各個(gè)位置擾動(dòng)程度并不相同，故不同位置燃燒程度各異.x4處湍流強(qiáng)度峰值為20 m/s，但x5處湍流強(qiáng)度峰值大幅增加(38 m/s)，此時(shí)燃燒狀態(tài)由引燃發(fā)展到充分湍流燃燒.火焰隨時(shí)間持續(xù)變形使得引燃火焰表面積變化劇烈，促進(jìn)湍流燃燒反應(yīng)區(qū)繼續(xù)增大，湍流燃燒越來(lái)越劇烈.

3 結(jié) 論

(1) 射流對(duì)預(yù)燃火焰的作用與兩者沿射流方向相對(duì)空間位置有關(guān)；射流先從未燃區(qū)進(jìn)入火焰已燃區(qū)，射流氣體未達(dá)到著火溫度，射流未被引燃；射流從已燃區(qū)向未燃區(qū)繼續(xù)發(fā)展，射流擾動(dòng)傳質(zhì)與火焰強(qiáng)度協(xié)同作用使得射流被引燃形成湍流擴(kuò)散燃燒，并且發(fā)現(xiàn)軸線上存在引燃區(qū)與未燃區(qū)分界點(diǎn).

(2) 引燃燃燒區(qū)內(nèi)射流會(huì)強(qiáng)化火焰，火焰由層流燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧魅紵^續(xù)傳播發(fā)展，引燃區(qū)的湍流強(qiáng)度變化劇烈，從0 迅速升至38 m/s.