Исследование двумерной структуры метан-воздушного пламени плоской горелки методом лазерно-индуцированной флуоресценции

Аннотация: Представлена методика двумерной диагностики пламени с использованием лазерно-индуцированной флуоресценции в режиме насыщения путём измерения абсолютной концентрации гидроксильного радикала (OH). Достигнуто пространственное разрешение порядка 50 мкм, что существенно меньше тепловой толщины пламени и характерных масштабов зон тепловыделения. Методика апробирована на метан-воздушном пламени, стабилизированном на плоской пористой горелке. Показано, что для богатых смесей структура фронта горения носит двумерный характер за счёт образования вторичного конического диффузионного пламени на границе контакта несгоревшего в ходе реакции топлива с окружающим воздухом. Установлено, что применение спутного экранирующего потока азота с линейной скоростью, равной скорости истечения топливно-воздушной смеси из горелки, полностью подавляет вторичное пламя и обеспечивает одномерную структуру фронта в центральной части горелки вплоть до расстояний порядка 20 мм от её поверхности. Впервые экспериментально показано, что для пор диаметром до 400 мкм неоднородности течения на масштабе пористой структуры не приводят к деформации фронта горения. Разработанная методика открывает возможность высокоточного определения ламинарной скорости горения по критическим условиям срыва пламени, а также может быть использована для верификации детальных кинетических механизмов и валидации численных моделей горения.

Ключевые слова: лазерно-индуцированная флуоресценция, насыщенный режим, гидроксильный радикал, плоская пористая горелка, метан-воздушное пламя, двумерное распределение концентрации, фронт пламени, ламинарная скорость горения, спутный поток азота, диффузионное пламя.