清华大学学报(自然科学版)

作者：李丹, 王双峰, 肖俊峰, 高松, 王玮

单位：1. 西安热工研究院有限公司，西安 710054,2. 中国科学院力学研究所 中国科学院微重力重点实验室，北京 100190,3. 中国科学院大学 工程科学学院，北京 100049

关键词：推举扩散火焰,射流,转捩,火焰稳定性,微重力

基金：国家科技重大专项(J2019-I-0003-0004),华能集团科技项目(HNKJ22-H16),国家重点研发计划项目(2021YFA0716202),国家重点研发计划项目(2022YFF0504500)

射流扩散火焰在能源动力等领域的应用十分普遍，如工业窑炉、电站锅炉和燃气轮机等。稳定性是射流扩散火焰研究中的主要问题之一。该文针对气体射流推举扩散火焰向湍流转捩过程开展了落塔微重力实验，观测了微重力下推举扩散火焰的稳定行为，并通过与常重力下的实验结果进行比较，分析得出浮力对火焰稳定特性的影响。结果表明，火焰推举高度受到上游流动状态的影响较为显著，转捩过程中，层流射流发生间歇性破碎，火焰推举高度出现相应波动; 虽然微重力火焰的推举高度较小，但2种重力条件下推举高度波动具有相似的控制机制。转捩火焰和湍流火焰均表现出分裂现象，促使火焰振荡，火焰高度则随时间发生变化，由于微重力火焰高度远大于常重力火焰，火焰边缘剪切层不稳定性向下游区域的发展较为充分，火焰高度的变化范围更大。火焰分裂现象有着明显的随机性，在转捩阶段，微重力火焰的平均分裂频率略大于常重力火焰; 在湍流阶段，微重力火焰分裂频率相对较低并随着射流速度的增加而增大，这表明浮力可促进火焰分裂。此外，射流Froude数无法关联微重力火焰的分裂/振荡频率。该文有助于深化对推举火焰的转捩过程的认识，并进一步揭示浮力对火焰转捩和火焰稳定的影响。

来源：2025年第9期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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