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氢/空气预混火焰传播动力学研究取得系列重要研究成果
文章来源:SKLFS  作者:孙金华  发布时间:2016-02-25 09:02:00

   伴随着全球能源需求的不断增长、化石能源的日益枯竭以及环境污染的愈发严重,新能源的开发与利用越来越受到社会的重视。氢能源具有来源广泛、清洁高效等优点,得到了世界各国政府、科研机构的高度关注,是应用前景广阔的新能源。氢气相比于其他典型气体燃料,具有极低点火能、很宽燃烧范围、高的层流燃烧速度、以及很高的火焰传播不稳定性(极易从燃烧转变成爆燃和爆轰)等特殊性质。这些特性已成为制约氢能安全利用的瓶颈之一。

   近5年,我校火灾科学国家重点实验室孙金华教授及其课题组肖华华博士、段强领博士研究生等在氢空气预混火焰传播动力学机制、火焰精细结构、高压氢泄漏自燃演化机理等方面开展了系统深入研究,取得了一系列具有重要科学价值的创新成果:发现了新的预混火焰传播动力学现象,提出了变形Tulip火焰的新概念及其五个动力学阶段,深化了人们对预混火焰不稳定性的认识;分析给出了这种火焰不稳定现象的物理机制、临界条件和影响因素,揭示了其周期律与压力波和气体流动之间的相互关系;发展和完善了氢-空气预混燃烧和爆燃的湍流燃烧速度模型,建立了预测经典Tulip和变形Tulip这两种特殊火焰各动力学阶段的形成时刻和位置的预测模型;通过实验、数值模拟和理论分析,阐释了经典Tulip和变形Tulip这两种特殊火焰的形成机制。

 

图1 氢/空气预混火焰传播微观过程的高速纹影图片与数值模拟

系列成果在SCI高影响区期刊发表论文近20篇,其中包括连续在国际燃烧学会会刊Combustion and Flame(3篇)和国际氢能学会会刊International Journal of Hydrogen Energy(8篇)发表系列论文11篇。成果得到了包括国际燃烧学会前主席、国际顶级期刊Combustion and Flame以及AIAA Journal前主编等多个国家的院士和著名学者的高度评价和广泛关注。孙金华教授应邀将在11th International Symposium on Hazards, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosion做大会特邀报告(Plenary Lecture)。肖华华博士应Springer出版社邀请,撰写出版英文学术专著1部,国际氢能学会在其Electronic Newsletter(February 2016, Volume 8, Issue 1)上对该专著进行了专题评述和报道,评述认为“This book offers important new insights into and a deeper understanding of premixed flame instabilities and hydrogen safety. Further, it explains the underlying mechanisms that control the combustion processes in tubes.”

   该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

 
 
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