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湍流和火焰不稳定性对弱湍流预混火焰的影响具有可比性,因此在预测和控制这类火焰时需要考虑更多的因素,例如重力的影响。本文研究重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响,目的是为发展弱湍流预混火焰理论提供基础数据。 本文利用落塔和OH-PLIF技术在正常重力和微重力下探测甲烷-空气预混V形火焰,记录了火焰锋面的动态特征。经过图像处理,从OH-PLIF图像中提取了平均反应度(?)、火焰锋面密度∑和湍流火焰传播速度S_T等特征量,以评价重力的影响。研究表明,微重力下火焰皱褶增大并且S_T加快。同时,重力对火焰皱褶的影响随着湍流的增强而减弱,对∑的影响集中在靠近燃烧产物一侧。对于一些火焰,重力的影响与湍流或火焰放热的影响处于同一量级,这意味着重力影响在燃烧模型中不能忽略。重力压制火焰皱褶的原因是Rayleigh-Taylor机理和斜压机理。 本文对V形火焰进行了数值模拟,目的是研究重力对流场的影响。计算结果显示,浮力加速了燃烧产物的上升,而这又加强了燃烧器出口附近的向上气流。重力的影响随来流速度的增大而减弱,但与火焰放热没有明显的关系,原因是火焰放热除了增强浮力也增大了燃烧产物的惯性力,两种效应相互抵消。 重力对预混火焰的影响表现为界面效应(对火焰锋面的影响)和体积效应(对流场的影响),二者之间相互耦合。进入微重力后火焰总体特征(如火焰张角)发生的变化同时包含这两种效应。