燃料液滴對流燃燒現(xiàn)象研究

魏衍舉,鄧勝才,張潔,張亞杰,楊亞晶,劉圣華,楊朝輝

(1.西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,710049,西安;2.西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院,710049,西安;3.西安交通大學(xué)機械結(jié)構(gòu)強度與振動國家重點實驗室,710049,西安;4.西安航天動力研究所,710000,西安)

對于常見的液體燃料動力設(shè)備如內(nèi)燃機、燃氣輪機、航空發(fā)動機、液體火箭發(fā)動機等,燃料液滴的燃燒在其運行過程中扮演著至關(guān)重要的角色,它決定著動力設(shè)備的動力性、經(jīng)濟性、污染物排放水平等。液滴燃燒本身是一個復(fù)雜的湍流兩相流燃燒問題,如今已經(jīng)成為限制許多動力設(shè)備性能提升的關(guān)鍵問題。對液滴燃燒進行深入研究及其機理分析,對提高燃料燃燒效率和生產(chǎn)力具有重要意義。

液滴燃燒的研究開始于20世紀50年代,其中最為著名的是Godsave[1]和Spalding[2]基于球?qū)ΨQ、常物性假設(shè),針對單個液滴在靜止環(huán)境下的蒸發(fā)燃燒過程所提出的D2模型,即液滴直徑的平方隨著時間延長而線性減小。截至目前,針對液滴燃燒的研究不斷深入,模型與數(shù)值計算研究逐步考慮了復(fù)雜的液滴內(nèi)部流動和更多的環(huán)境因素。隨著復(fù)雜程度的逐步增加,液滴燃燒模型經(jīng)歷了Law的無限熱導(dǎo)率模型[3]、一維球?qū)ΨQ模型[4-5]、二維球?qū)ΨQ模型[6-7],再到如今的軸對稱模型[8]。實驗研究主要針對液滴的燃燒特性,運用掛滴法[9-14]、飛滴法[15-16]或懸浮法[17-21]等方式,探究液滴的滯燃時間、液滴壽命、微爆傾向、碳煙生成等特性。在實際的燃燒室中,燃料液滴處在復(fù)雜的燃燒環(huán)境中,受到諸多環(huán)境參數(shù)的影響,其中非常重要的一項是液滴與環(huán)境氣流間存在相對速度。不同的相對速度會導(dǎo)致液滴產(chǎn)生不同的火焰結(jié)構(gòu),進而影響液滴的氣化速率、燃燒速率和放熱率[22-24]。以往的靜止模型與燃燒特性研究對進一步探索實際液滴運動燃燒模型存在局限性,因此開展液滴對流燃燒及火焰結(jié)構(gòu)研究便尤為重要。過去針對液滴對流燃燒的研究中,研究者們獲得了3種典型的火焰結(jié)構(gòu):包層火焰、尾跡火焰和邊界層火焰[25-28]。而事實上,液滴對流燃燒的火焰結(jié)構(gòu)受到復(fù)雜因素的影響[20-21,29],取決于氣流速度、環(huán)境溫度、液滴形態(tài)的歷史演變等。目前,針對液滴對流燃燒的研究仍不盡充分,難以對氣流中液滴火焰結(jié)構(gòu)進行全面描述,同時對于多種結(jié)構(gòu)的火焰的轉(zhuǎn)捩點和熄滅特征的報道也較少。

本文針對上述液滴燃燒研究中存在的空白,開展了燃料液滴對流燃燒現(xiàn)象研究。利用燃燒液滴的自由落體運動過程來模擬其在變速氣流中的燃燒,系統(tǒng)性地分析液滴在氣流中的燃燒現(xiàn)象與火焰結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

1 實驗裝置

采用飛滴法作為實驗方案,利用液滴的自由落體運動過程模擬氣流速度對液滴燃燒的影響。實驗裝置原理圖如圖1所示,液滴發(fā)生裝置利用電機驅(qū)動滑塊勻速向左移動來擠壓注射器進而在管路上端產(chǎn)生連續(xù)滴落的液滴,利用驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)滑塊速度從而改變液滴的滴落頻率,通過改變管路上端針頭的規(guī)格來控制液滴直徑。管路上端的液滴脫離針頭后立即被火焰噴射裝置點燃,待液滴的生成頻率較穩(wěn)定后觸發(fā)高速攝像機,連續(xù)記錄多個液滴的對流燃燒過程和火焰結(jié)構(gòu)。

圖1 液滴對流燃燒實驗裝置原理圖

采用Phantom Miro eX4高速攝像機拍攝液滴的燃燒過程,拍攝速率為2 000幀/s,每幀對應(yīng)時間0.5 ms,成像像素為208×600。

為了使實驗結(jié)果對發(fā)動機燃燒具有參考意義,特別是對發(fā)動機缸內(nèi)噴霧柴油的微觀燃燒反應(yīng)具有意義,選擇室溫下的正庚烷和正十二烷液滴進行實驗,具體的液滴參數(shù)見表1。每個工況下的液滴進行3次重復(fù)實驗。

表1 實驗采用的液滴參數(shù)

根據(jù)楊繼雅等對柴油噴霧液滴微觀直徑和液滴速度的研究[30],本文采用與缸內(nèi)噴霧液滴韋伯數(shù)接近的燃料液滴進行燃燒實驗。柴油噴霧液滴直徑多分布在10～14 μm,液滴速度小于2 m/s,根據(jù)韋伯數(shù)公式有

(1)

式中:ρ為燃油密度,kg/m3;v為液滴速度,m/s;D為液滴直徑,m;σ為表面張力,N/m。

柴油噴霧的韋伯數(shù)為10的占比較大。本實驗的液滴在形成邊界層火焰時,v=0.8 m/s,正庚烷的韋伯數(shù)為40.5,正十二烷的韋伯數(shù)為37.8。實驗的液滴韋伯數(shù)與缸內(nèi)柴油的韋伯數(shù)在同一數(shù)量級,通過本實驗對液滴的運動燃燒進行研究,可以了解柴油在缸內(nèi)噴霧狀態(tài)下的氣流運動和燃燒的火焰形態(tài)。

圖2 正十二烷液滴全包火焰邊界層火焰轉(zhuǎn)變過程

2 實驗現(xiàn)象

燃料液滴在自由落體的整個過程中,下落時間長,現(xiàn)象復(fù)雜且具有階段性。為便于研究,將實驗現(xiàn)象分成兩段。在燃燒的初始階段,液滴下落速度小,呈現(xiàn)出全包火焰向邊界層火焰的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。在邊界層火焰形成后的第二階段,液滴速度持續(xù)增大,液滴呈現(xiàn)出2種現(xiàn)象,即邊界層火焰趨于不穩(wěn)定熄滅和邊界層火焰向倒錐形火焰轉(zhuǎn)變。

2.1 全包火焰邊界層火焰轉(zhuǎn)變

圖2所示為初始直徑D0=2.6 mm的正十二烷液滴在時間t=0～120 ms內(nèi)的全包火焰邊界層火焰轉(zhuǎn)變過程,以液滴離開發(fā)生裝置時刻作為零時刻點。具體過程如下:t=0 ms液滴由發(fā)生裝置脫落時,火焰結(jié)構(gòu)為全包火焰。液滴隨后開始作自由落體運動,速度逐漸增大,并在一段時間內(nèi)保持全包火焰結(jié)構(gòu),在t=40 ms時液滴仍被火焰完全包圍。此后火焰結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化,隨著液滴速度變大,空氣相對于液滴向上吹掃,液滴南半球為迎風(fēng)面,液滴蒸發(fā)的蒸氣向上流動,導(dǎo)致北半球火焰燃燒更加旺盛,而南半球火焰變小,在t=63 ms時液滴南極火焰厚度達到0 mm,火焰轉(zhuǎn)變成半包火焰。隨后火焰繼續(xù)向液滴北極發(fā)展,從半包火焰向邊界層火焰轉(zhuǎn)變,在t=69 ms時形成與液滴北極點平行的尾跡火焰。尾跡火焰逐漸遠離液滴北極,在t=74 ms形成距離液滴北極1 mm的邊界層火焰。之后的t=83～120 ms時間段邊界層火焰進一步遠離液滴。

2.2 邊界層火焰的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

在邊界層火焰形成后,以此時刻為零點描述后續(xù)的火焰結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變階段,分別是:邊界層火焰逐漸趨于不穩(wěn)定導(dǎo)致熄滅和邊界層火焰轉(zhuǎn)變成倒錐形火焰。

2.2.1 邊界層火焰不穩(wěn)定熄滅 在初始直徑2.0、2.6 mm的正庚烷液滴和初始直徑2.0 mm的正十二烷液滴的實驗中都觀察到由邊界層火焰向不穩(wěn)定熄滅的轉(zhuǎn)變,熄滅過程如圖3所示。在邊界層火焰形成后,火焰已經(jīng)完全處于液滴上方,液滴迎風(fēng)面冷卻,蒸氣蒸發(fā)量變少,液滴火焰也隨之變小。隨著液滴速度進一步增大,火焰?zhèn)鞑ニ俣刃∮谝旱嗡俣?火焰無法貼近液滴燃燒,它們之間的相對距離變大,火焰與液滴之間由液滴蒸氣形成的碳煙尾跡所聯(lián)系?？諝饬骼@過液滴時,碳煙隨空氣擺動,形成卡門渦街,此時的雷諾數(shù)為150

(a)正十二烷,D0=2.0 mm

圖5 正十二烷液滴(D0=2.6 mm)燃燒的蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象

圖4 正十二烷液滴(D0=2.6 mm)邊界層火焰向倒錐形火焰的轉(zhuǎn)變過程

2.2.2 邊界層火焰轉(zhuǎn)變?yōu)榈瑰F形火焰 對于初始直徑2.6 mm的正十二烷液滴,其火焰轉(zhuǎn)變過程與上述不穩(wěn)定熄滅截然不同,整體過程如圖4所示。圖中t=0～40 ms時間段內(nèi)液滴與邊界層火焰的距離未出現(xiàn)增大,而是在一定范圍內(nèi)波動。在t=40 ms時刻邊界層火焰開始向液滴北極靠近并在t=48 ms時刻與液滴接觸,隨后火焰結(jié)構(gòu)在t=50～55 ms經(jīng)歷了一系列變化,于t=55 ms時形成了緊貼液滴的倒錐形火焰,并在后續(xù)時間內(nèi)保持穩(wěn)定。

在上述結(jié)構(gòu)變化過程中,在t=50～55 ms內(nèi),火焰結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一次特殊的蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象,其結(jié)構(gòu)變化過程如圖5。在t=48 ms,邊界層火焰與液滴接觸。在經(jīng)歷了短暫的2 ms后,在t=50 ms時邊界層火焰與液滴的中間位置形成了蒸氣爆發(fā)核心。在之后的2 ms內(nèi),蒸氣爆發(fā)所產(chǎn)生的火焰從核心呈圓形逐漸擴大,在t=52 ms時爆發(fā)直徑達到最大,此時爆發(fā)火焰的圓形直徑與其上方的火焰尺寸相當,火焰總面積達到最大。在隨后的3 ms內(nèi)火焰的上半部分逐漸熄滅,并在t=55 ms形成了倒錐形火焰。

3 火焰與液滴距離變化規(guī)律

在液滴對流燃燒過程中,火焰與液滴的距離對應(yīng)火焰的不同階段,而燃燒火焰的形態(tài)是隨著液滴速度的改變而改變。以液滴速度v為自變量,火焰與液滴的距離l為因變量來定量探究火焰的不同階段。其中,火焰與液滴的距離l為火焰南極點與液滴北極點的距離。為方便區(qū)分火焰包裹液滴和火焰遠離液滴,取火焰南極點低于液滴北極點時l的值為負值,火焰南極點高于液滴北極點時l的值為正值。在液滴周圍液滴蒸氣濃度大,蒸氣燃燒不充分,溫度較低,火焰呈現(xiàn)藍色,在藍色火焰上部,蒸氣濃度變稀并與空氣充分燃燒,溫度較高,火焰呈現(xiàn)黃色,如圖6所示。

圖6 火焰與液滴距離的定義

3.1 全包火焰轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔鐚踊鹧骐A段

對于全包火焰向邊界層火焰的轉(zhuǎn)變過程,l隨v的變化如圖7所示。由圖7可知,當v<0.6 m/s時,l為負值,|l|>D0,說明此時火焰為全包火焰結(jié)構(gòu);l的斜率變化較小,出現(xiàn)的小幅波動與液滴本身自由落體的形態(tài)振蕩有關(guān)。在v=0.7 m/s時,l的斜率突然增大,此時|l|=D0,形成半包火焰結(jié)構(gòu)。隨著液滴繼續(xù)下落,火焰迅速向液滴北極點移動,在10 ms內(nèi)變成邊界層火焰,此時v=0.8 m/s,l=0 mm。從半包火焰到邊界層火焰的轉(zhuǎn)變過程迅速,主要是液滴南半球處于迎風(fēng)面,受迎風(fēng)面的冷卻作用,南半球稀薄的火焰迅速消失,相應(yīng)的蒸氣蒸發(fā)量也減少,致使火焰只呈現(xiàn)在北半球燃燒。邊界層火焰形成后,l隨v的變化近似于線性增長,且正庚烷的斜率顯著高于正十二烷的斜率。

圖7 全包火焰轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔鐚踊鹧骐A段火焰與液滴距離隨液滴速度的變化

3.2 邊界層火焰不穩(wěn)定熄滅階段

對于邊界層火焰發(fā)展向不穩(wěn)定熄滅的過程,不同種類和直徑的液滴在形成同一邊界層火焰高度時,它們的速度不同。l隨v的變化如圖8所示,可以看到,對于相同種類的液滴,l隨v的變化曲線幾乎重合,說明在邊界層火焰處于不穩(wěn)定熄滅階段;液滴大小不是影響火焰的因素,而液滴種類的不同導(dǎo)致液滴的理化性質(zhì)不同,如蒸氣壓、沸點、化學(xué)計量空燃比等,影響了液滴尾跡的燃燒。在v相同的情況下,空氣對火焰的冷卻作用相同,空氣與蒸氣的混合程度相同。從圖8中可以看到,正庚烷的l值大于正十二烷。這是由于正庚烷的沸點是98.5 ℃,正十二烷的沸點是215 ℃,因此在形成邊界層火焰后,正庚烷液滴的蒸氣量大于正十二烷的蒸氣量,導(dǎo)致正庚烷未燃燒的蒸氣量多于正十二烷,即正庚烷的碳煙尾跡較長。此外,正庚烷的燃點是215 ℃,正十二烷的燃點是200 ℃,正十二烷比正庚烷更易燃燒,在v增大的情況下,空氣冷卻作用加大,溫度低于正庚烷燃點時火焰熄滅,此時v<1.6 m/s,正十二烷仍然能夠燃燒,并在v>1.8 m/s時火焰熄滅。

圖8 邊界層火焰不穩(wěn)定熄滅階段火焰與液滴距離隨液滴速度的變化

3.3 邊界層火焰轉(zhuǎn)變?yōu)榈瑰F形火焰階段

由于僅在初始直徑2.6 mm的正十二烷液滴實驗中觀察到邊界層火焰向倒錐形火焰的變化,為便于分析,選取3組重復(fù)實驗結(jié)果進行比對。圖9為這3組實驗中火焰與液滴距離隨液滴速度的變化。在形成邊界層火焰后,l在一定范圍內(nèi)波動。1、2、3組實驗分別在液滴速度v為1.3、1.42、1.47 m/s時邊界層火焰開始向液滴發(fā)展。隨后3組實驗中l(wèi)以相同的斜率減少,即火焰的發(fā)展速度相同,直到火焰接觸液滴,l減小至0 mm;之后火焰經(jīng)歷一次蒸氣爆發(fā)后維持穩(wěn)定的倒錐形,火焰緊貼液滴,l維持0 mm不再變化。根據(jù)上述結(jié)果推斷:對于由波動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛞旱伟l(fā)展的火焰結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)捩點,液滴速度不是其決定性因素,轉(zhuǎn)捩點可能受環(huán)境空氣溫度波動的影響。目前無法對其定量,需要進一步探究。

圖9 邊界層火焰轉(zhuǎn)變?yōu)榈瑰F形火焰階段正十二烷火焰與液滴距離隨液滴速度的變化

4 蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象分析

由于只在初始直徑2.6 mm的正十二烷液滴在邊界層火焰轉(zhuǎn)變?yōu)榈瑰F形火焰的過程中觀察到單次蒸氣爆發(fā)和連續(xù)蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象,因此對于蒸氣爆發(fā)與液滴直徑和液滴種類的相關(guān)性還需要進行其他液滴實驗驗證。下面對蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因、時間特性,以及連續(xù)蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象的頻率與產(chǎn)生機理進行探究。

圖10 正十二烷火焰與液滴距離隨時間的變化(蒸氣爆發(fā)位置)

4.1 單次蒸氣爆發(fā)

圖10為D0=2.6 mm的正十二烷液滴3組實驗中l(wèi)隨絕對時間t的變化。每條實驗曲線中的3個點分別代表該蒸氣爆發(fā)開始、爆發(fā)火焰體積達到最大、爆發(fā)火焰完全消散的時刻點。由圖10可以看出,對于這3組實驗,在邊界層火焰與液滴接觸后均很快發(fā)生了蒸氣爆發(fā),由此可以推斷蒸氣爆發(fā)是由火焰接觸液滴引起的,當火焰接觸液滴后液滴溫度突然升高,短時間內(nèi)液滴產(chǎn)生大量蒸發(fā),進而形成蒸氣爆發(fā)燃燒的現(xiàn)象。

圖11為上述3組實驗中蒸氣爆發(fā)的各階段時間占比,其中準備階段是指火焰與液滴接觸到產(chǎn)生蒸氣爆發(fā)核心,爆發(fā)階段為爆發(fā)開始到火焰面積達到最大值,熄滅階段為火焰開始熄滅到形成倒錐形火焰。圖中3組實驗中蒸氣爆發(fā)準備階段與爆發(fā)階段的時間接近,蒸氣爆發(fā)的準備階段Δt1=2 ms,爆發(fā)階段Δt2=2 ms,而爆發(fā)階段火焰面積達到最大,主要是核心火焰沿著蒸氣延伸擴展。由此可知,爆發(fā)階段時間不受環(huán)境溫度影響,主要由火焰?zhèn)鞑ニ俣葲Q定。熄滅階段Δt3=2～3 ms,這一階段的時間受環(huán)境溫度、氣流速度影響,不確定性強。

圖11 正十二烷的蒸氣爆發(fā)各階段時間占比

4.2 連續(xù)蒸氣爆發(fā)

圖12為正十二烷液滴的連續(xù)蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象。如圖12a所示,多次蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象在火焰接觸液滴前的過程與單次蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象相同,在t=0～20 ms時間段內(nèi),液滴與邊界層火焰的距離在一定范圍內(nèi)波動,在t=20 ms火焰開始向液滴北極靠近,t=26.5 ms火焰與液滴接觸。隨后火焰在t=28.5 ms開始了第一次蒸氣爆發(fā),t=28.5～30.5 ms為爆發(fā)階段,上部分的爆發(fā)火焰在t=34 ms熄滅,形成了倒錐形火焰,過程如圖12b所示。在下一次蒸氣爆發(fā)開始前,倒錐形火焰北極與液滴的距離逐漸增大,火焰面積同時增大。隨后在t=36 ms火焰開始了第2次蒸氣爆發(fā),爆發(fā)階段t=36～38 ms,爆發(fā)火焰在t=39.5 ms熄滅,如圖12c所示。第3次蒸氣爆發(fā)階段為t=44～46 ms,爆發(fā)火焰在t=47.5 ms熄滅,如圖12d所示。第4次蒸氣爆發(fā)階段為t=51～53 ms,爆發(fā)火焰在t=55 ms熄滅,如圖12e所示。在4次蒸氣爆發(fā)中,爆發(fā)階段的時長相同,均為2 ms,熄滅階段時長1.5～3.5 ms,時間特性與4.1節(jié)單次蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象一致。

為對比連續(xù)蒸氣爆發(fā)中的多次蒸氣爆發(fā),選取火焰北極點與液滴北極點的距離ltop以表征連續(xù)蒸氣爆發(fā)過程中的火焰結(jié)構(gòu),其定義如圖13所示。

(a)火焰接觸液滴前

圖13 火焰北極與液滴北極距離ltop定義

圖14 ltop隨相對時間的變化

圖14為實驗中兩組典型連續(xù)蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象中的ltop隨相對時間的變化,其中相對時間以火焰南極接觸液滴為時刻點。由圖中可以看到,各條曲線中產(chǎn)生蒸氣爆發(fā)時的ltop基本相同。對于每一次蒸氣爆發(fā),ltop從爆發(fā)開始點逐漸增大至爆發(fā)結(jié)束,而后上方的爆發(fā)火焰熄滅時ltop突然下降,此時的ltop為倒錐形火焰的高度,隨后ltop逐漸增大直至形成下一次蒸氣爆發(fā)。對于蒸氣爆發(fā)的產(chǎn)生時間,除曲線2中第一次蒸氣爆發(fā)后火焰結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不穩(wěn)定影響了蒸氣爆發(fā)時刻以外,其他蒸氣爆發(fā)的間隔時間均為7.5 ms,即蒸氣爆發(fā)的頻率fexp=1/Δt=142.86 Hz。為探究連續(xù)蒸氣爆發(fā)的產(chǎn)生原因,參考在不穩(wěn)定熄滅現(xiàn)象中碳煙軌跡的卡門渦街效應(yīng)。根據(jù)卡門渦街頻率公式

fcar=Sr(vg/D)

(2)

式中:Sr是斯特勞哈爾數(shù);vg為氣流速度。Sr主要與雷諾數(shù)有關(guān),此處取0.21。氣流速度即液滴速度,在連續(xù)蒸氣爆發(fā)階段vg=1.6～1.8 m/s。

液滴蒸發(fā)時的液滴直徑定律為

(3)

式中:Kv為蒸發(fā)常數(shù);t為蒸發(fā)時間。正十二烷的Kv=3.3×10-7,經(jīng)計算,2.6 mm的正十二烷液滴在沸點對流空氣換熱中完全蒸發(fā)需7.8 s,而在本實驗中,由于實驗段時間短,且液滴不是處于穩(wěn)定的沸點空氣對流中,僅靠火焰自身的蒸發(fā),Kv的值也將變小,蒸發(fā)較慢,因此認為整個實驗段液滴直徑幾乎不變,即D=D0=2.6 mm,由此可得

(4)

可以看出,在蒸氣爆發(fā)階段的液滴繞流卡門渦街頻率fcar與蒸氣爆發(fā)頻率fexp接近,據(jù)此推斷連續(xù)蒸氣爆發(fā)的產(chǎn)生主要受液滴繞流卡門渦街效應(yīng)的影響。

5 結(jié) 論

(1)在形成邊界層火焰前,所有工況下液滴的火焰結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變點基本相同。在液滴速度v=0.7 m/s處全包火焰開始向北熄滅,在v=0.8 m/s處形成了與液滴北極平行的尾跡火焰,邊界層火焰形成后,火焰與液滴的距離l隨v的變化近似于線性增長,正庚烷的斜率顯著高于正十二烷的斜率。

(2)形成邊界層火焰后,正庚烷液滴的蒸氣量大于正十二烷的蒸氣量,導(dǎo)致正庚烷未燃燒的蒸氣量多于正十二烷,即正庚烷的碳煙尾跡較長,在v相同的情況下,正庚烷的l值大于正十二烷。正庚烷的燃點高于正十二烷,正庚烷在v<1.6 m/s時熄滅,正十二烷在v>1.8 m/s時熄滅。

(3)初始直徑2.6 mm的正十二烷液滴的邊界層火焰能夠形成倒錐形火焰,邊界層火焰開始向液滴發(fā)展的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)捩點與液滴速度無關(guān)。

(4)蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象是由火焰接觸液滴引起的,火焰接觸液滴后液滴溫度突然升高,短時間內(nèi)液滴大量蒸發(fā),進而形成蒸氣爆發(fā)燃燒,火焰擴展主要受火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?。蒸氣爆發(fā)準備階段時長Δt1=2 ms,爆發(fā)階段時長Δt2=2 ms,熄滅階段時長Δt3=2～3 ms。

(5)在連續(xù)蒸氣爆發(fā)現(xiàn)象中,爆發(fā)階段時長均相同,為2 ms。連續(xù)蒸氣爆發(fā)的頻率fexp=142.86 Hz與液滴繞流卡門渦街頻率fcar=129～145 Hz接近,推斷連續(xù)蒸氣爆發(fā)的產(chǎn)生受液滴繞流卡門渦街效應(yīng)的影響。