燃烧科学与技术
2020，26(6)：551-557
Journal of Combustion Science and Technology
DOI 10.11715/rskxjs.R202002010
氨/氢气湍流预混火焰传播特性实验研究
边志坚，王金华，赵浩然，蔡 骁，代鸿超，黄佐华
(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安 710049)
摘
要：氨作为氢的载体，是一种极具发展潜力的无碳燃料．利用湍流定容燃烧弹，以氨为主要燃料，开展了不
同当量比、掺氢比、湍流强度等参数条件下的氨/氢气湍流火焰传播特性实验研究．利用高速摄影纹影技术，测
量了混合气预混层流火焰传播过程，进一步研究了湍流火焰发展图像，获得了湍流火焰速度，并得到了其归一化
拟合公式，分析了氨及氨/氢气的湍流火焰传播特性．结果表明：掺混氢气能够显著提升氨/氢气的火核稳定程
度，且随着掺氢比的提高，湍流燃烧速度显著提升，燃烧强度增强；随着火焰半径和湍流强度的增加，火焰褶皱
比逐渐增大，湍流燃烧更加剧烈；通过火焰雷诺数可以对不同当量比、湍流强度下的湍流燃烧速度进行较好地归
一化拟合，幂指数均在 0.5 左右，表明湍流火焰呈现自相似加速传播．
关键词：氨；氢气；湍流火焰传播；湍流燃烧速度；火焰褶皱比
中图分类号：TK16
文献标志码：A
文章编号：1006-8740(2020)06-0551-07
Experimental Study on Turbulent Premixed Flame Propagation
Characteristics of Ammonia/Hydrogen Mixtures
Bian Zhijian，Wang Jinhua，Zhao Haoran，Cai Xiao，Dai Hongchao，Huang Zuohua
(State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China)
Abstract：As a carrier of hydrogen，ammonia is a carbon-free fuel with great potential. Using ammonia as the
main fuel，the turbulent flame propagation characteristics of ammonia/hydrogen mixtures were experimentally
studied with a turbulent constant volume combustion bomb under various equivalence ratios，hydrogen blending
ratios，and turbulence intensities. The high-speed Schlieren technique was used to study the turbulent flame propagation images based on the measurement of turbulent flame characteristics. The turbulent flame velocity was obtained and its normalized fitting formula was derived. The turbulent flame propagation characteristics of ammonia
and ammonia/hydrogen were analyzed. Results show that hydrogen addition can significantly improve the stability
of the ammonia/hydrogen flame. With the increase in the hydrogen blending ratio，the turbulent burning velocity
was significantly increased，and the combustion intensity was enhanced. With the increase in flame radius and
turbulence intensity，the flame wrinkle ratio gradually increased，and the turbulent combustion was more intensive. The Reynolds number of flame can be used to better normalize the turbulent burning velocity under different
equivalence ratios and turbulence intensities，and the power exponents after fitting were all about 0.5，showing
that the turbulent flame was under self-similar accelerative propagation.
收稿日期：2020-02-19．
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51776164).
作者简介：边志坚（1995—
），男，硕士研究生，bianzhijianbzj@163.com.
通信作者：王金华，男，博士，教授，jinhuawang@xjtu.edu.cn.
第 26 卷 第 6 期
燃烧科学与技术
Keywords：ammonia；hydrogen；turbulent flame propagation；turbulent flame speed；flame wrinkle ratio
面对严峻的碳排放问题，无碳燃料的研究与应用
越来越得到世界各国的广泛关注，氢能是未来最具有
潜力的能源之一，但是氢能的应用目前还面临着存
储、运输和使用方面的诸多问题和挑战．氨被称为另
一种氢[1] ，是清洁氢载体燃料和良好的储氢介质，燃
烧后的生成物只有水和氮气，具有无碳的优点．氨的
饱和蒸气压与丙烷接近，易液化储存，不存在燃料大
规模存储和运输的问题和挑战[2]．氨的生产来源非常
广泛，可以利用太阳能、风能、生物质能等可再生能
源生产[3]，特别是我国的氨生产工艺技术和基础设施
已经非常成熟，氨作为重要的化工原料已经长期大规
模生产，因此在我国的能源系统转型中，氨作为新一
代的无碳储氢燃料极具发展潜力．
20 世纪 60～80 年代对氨燃料开展了相关研究，
包括氨在燃气轮机、内燃机上的应用及基础燃烧特性
研究．Pratt[4]研究表明，氨燃气轮机点火困难，可以稳
定运行的当量比范围非常窄，而且燃烧效率极低．早
期的氨燃料内燃机的研究表明 [5-7] ，氨在火花点火式
内燃机中应用十分困难，在压缩着火式发动机中也无
法成功使用，这主要是因为氨作为发动机燃料存在化
学反应活性低、自发和强制点火都比较困难，可燃极
限窄，火焰传播速度慢和火焰稳定性差等显著缺点.
这些缺点给氨燃料在发动机中的应用带来了巨大的
挑战和困难，因此早期的有关氨燃料发动机的研究都
被搁置．近些年，多元燃料燃烧调控理论的发展为氨
燃料的应用提供了可能性，将氨与其他活性较强的燃
料混合或在富氧条件下使用，有望解决点火、燃烧和
排放中的问题．氢气具有较强的化学反应活性，氨比
较容易转化为氢气，氨/氢气混合燃料具有改善氨燃
烧特性的潜力．
Mathieu 等[8]首次测量了误差在可接受范围内的
氨燃料着火延迟期．Hayakawa 等[9]测量了不同压力
下 NH3/空气预混火焰的层流燃烧速度和马克斯坦长
度，结果表明未拉伸层流燃烧速度随着初始混合压力
的增加而减小，已燃气马克斯坦长度随当量比的增加
而增加．Ichikawa 等 [10] 同 时还完成了不同压力下
NH3/H2/空气预混火焰的层流燃烧速度和马克斯坦长
度测量．Li 等[11]采用数值模拟研究了氨燃烧中氧含
量的影响，主要计算了层流燃烧速度、绝热火焰温度.
Okafor 等[12]对 CH4/NH3/空气研究了未拉伸层流火焰
速率，构建了一个有关层流燃烧速度和火焰中 NO 含
量的详细化学反应机理．Ichimura 等 [13] 使用双风扇
— 552 —
的湍流容弹研究 NH3/空气湍流传播火焰的熄火极
限，在路易斯数小于 1 的时候，局部燃烧速度会由于
热扩散不稳定性的影响增加，稀混合气在高湍流强度
下仍可以传播，但当浓燃，路易斯数大于 1 时，局部
燃烧速度不增加，火焰很容易熄灭．Liu 等[14]研究了
NH3/O2 混合火焰传播特性，主要测量和计算了不同
压力、不同当量比 NH3/O2 混合未拉伸层流火焰速度
和马克斯坦长度．Kobayashi 等[15]总结了最近的氨燃
烧技术和化学反应动力学的发展，包括最近比较成功
的应用．Kumar 等[16]评估了 NH3/H2/空气火焰的层流
燃烧速度与热损失有关，并指出了 OH、H 和 O 自由
基对于层流燃烧速度的重要性．Lee 等[17]完成了掺氢
对氨气层流燃烧特性的影响，随氢气的掺混，层流燃
烧速度显著增长，氢取代会使 NOx 和 N2O 增加，在
浓燃条件下排放性能好一点，增加氢气含量会增强火
焰对拉伸的敏感性．Li 等[18]研究了氨/氢/空气火焰形
成 NOx 的特征，并阐明了在化学计量条件下，NOx 的
浓度随燃料中氨浓度的增加而降低．
当前的大部分研究都是针对氨在层流条件下的
基 础 燃 烧 特 性 ，关 于 湍 流 燃 烧 方 面 的 相 关报道较
少．而实际燃烧装置都是湍流燃烧，氨的低火焰传播
速度和较大的火焰厚度使其在燃烧设备中的湍流燃
烧特性与天然气等碳氢燃料有显著差异，氨和氢气是
典型的慢和快火焰传播速度燃料，掺氢之后对氨的火
焰传播速度特性在湍流作用下可能会产生显著影响，
目前关于氨湍流火焰传播特性的实验较少，掺氢对氨
湍流火焰速度及火焰传播特性的影响尚待研究．
本研究利用湍流定容燃烧弹，开展不同当量比、
掺氢比、湍流强度等参数条件下的湍流燃烧实验，利
用高速摄影纹影技术测量混合气层流、湍流火焰发展
图像，获得湍流火焰速度，得到其随掺氢比、湍流强
度、当量比的变化规律和其归一化拟合公式，分析氨/
氢气的湍流预混火焰的传播特性．
1 实验装置和方法
1.1 实验装置
本实验系统主要是由湍流定容燃烧弹腔体、机械
式风扇及其转速控制系统、高速摄影系统、配气系
统、点火控制系统、温度控制系统和压力测量系统等
子系统组成，示意图如图 1 所示．燃烧弹是一个圆柱
形腔体，长 307 mm，内径 300 mm，在腔体的两端安
燃烧科学与技术
边志坚等：氨/氢气湍流预混火焰传播特性实验研究
装密封性良好的直径为 150 mm 的石英玻璃窗口以
形成光路通道．4 台相同的电机通过机械连轴式结构
正交分布在腔体外侧，通过转速控制系统工作并带动
腔体内的风扇旋转，产生各向同性的均匀湍流场．点
火电极布置在容弹腔体中心线处，电极材料为高纯钨
针 ，电 极 直 径 为 0.7 mm ，两 电 极 间 隔 为 2 mm 左
右．混合气由高纯氨气、氢气、氧气和氮气组成，并依
Fig.1
据分压原理进行配制，将混合气充入湍流燃烧弹之
后，同时开启 4 个电机，等待 3 min，容弹内湍流场稳
定．开启点火-高速摄像同步系统记录火焰传播历
程 ，高 速 相 机 选 用 像 素 为 752 × 752 ，拍 摄速 度 为
10 000 幅/s．在火焰发展过程中，风扇一直处于稳定
工作过程．对于层流燃烧工况每个实验工况点重复 2
次，对于湍流燃烧工况每个实验工况点重复 4 次[19]．
图 1 实验装置示意图及实物图
Schematic and physical picture of experimental setup
1.2 实验条件
本实验是在常温条件下开展的，表 1 为测试工况
及对应可燃混合物的特性参数．氨/氢气的体积比分
别为 100/0 、20/80、50/50 、80/20 ，初始 压力为 p ＝
0.1 MPa，当量比分别为 0.8、1.0、1.3，风扇转速 n 为
500～1 500 r/min，风扇不开启时即为层流燃烧工况．
表 1 氨气/氢气/空气混合物特性
Tab.1 Properties of ammonia/hydrogen/air mixtures
φ
χ H (－)
ρ u /(kg·m-3)
ρ b /(kg·m-3)
λ/(W·m-1·K-1)
cp/(J·kg-1·K-1)
1.0
0
0.2
0.5
0.8
1.074 1
1.039 9
0.981 2
0.910 6
0.146 1
0.143 5
0.136 6
0.129 6
0.024 0
0.027 9
0.034 6
0.042 8
1 161.01
1 190.29
1 245.34
1 320.94
1.93
2.25
2.83
3.56
1.56
1.63
1.76
1.95
0.897 0
0.883 2
0.862 5
0.841 8
0.8
0
0.2
0.5
0.8
1.091 4
1.062 6
1.012 5
0.951 8
0.167 2
0.164 2
0.156 3
0.148 2
0.023 9
0.027 2
0.032 8
0.039 8
1 134.21
1 157.79
1 202.01
1 261.77
1.93
2.21
2.70
3.31
1.56
1.62
1.73
1.88
0.875 0
1.069 8
1.362 0
1.654 2
1.3
0
0.2
0.5
0.8
1.050 9
1.009 8
0.939 6
0.856 6
0.149 5
0.145 1
0.135 2
0.124 9
0.024 2
0.028 8
0.037 0
0.046 9
1 198.46
1 235.88
1 307.34
1 407.00
1.92
2.31
3.01
3.89
1.56
1.64
1.81
2.05
0.915 0
0.849 4
0.751 0
0.652 6
2
冷态流场信息采用 PIV 测量，测量得到湍流容
弹内部湍流强度 u ′ 为 0.91～2.72 m/s，正比于风扇转
速；湍流积分尺度为 Llong = 16.44 × (1 − 0.998n ) mm．同
时为了获取重要的层流火焰参数，对同样的混合气进
行了层流传播火焰的测量．
表 1 中 ρ u 为未燃气密度；ρ b 为已燃气密度；λ
为导热系数；c p 为比定压热容；α 为热扩散率；υ 为
运动黏度；Leeff 为有效路易斯数．
α/(10-5m2·s-1) υ/(10-5 m2·s-1)
Leeff
1.3 处理方法
在本研究中，火焰平均半径是由火焰图片中投影
面积计算得到
r = A/ π
(1)
式中：A 为火焰纹影图片中的火焰前锋面包围的投影
面 积 ．火 焰 图 像 中 火 焰 前 锋 面 边 界 的 识 别 是 使 用
Matlab 边界提取程序获取，而考虑到点火对于火核
发展前期会产生影响以及壁面对火核发展后期产生
— 553 —
第 26 卷 第 6 期
燃烧科学与技术
影响，本文选取的是半径处于 10～45 mm 之间的图
像，然后通过对计算得到的半径对时间进行微分得到
湍流燃烧速度 d＜r＞/dt，但是由于膨胀效应的影响，
这里得到的 d＜r＞/dt 并不等于已燃区的湍流燃烧速
度 STb ，而考虑了膨胀效应的影响之后，一般采用平均
进展变量＜c＞＝0.5 处的湍流燃烧速度 ST,c =0.5 来表示
真实的湍流燃烧速度[20]．
ST,c =0.5
2σ
d < r > dt
=
(γ c2=0.1 / γ c2=0.5 )
SL
σ +1
σ SL
(2)
式中：SL 是层流燃烧速度；σ 是未燃气和已燃气的密
度比；γ c =0.1 和 γ c =0.5 分别表示＜c＞＝0.1 和＜c＞＝0.5
25 mm、35 mm、45 mm 的湍流火焰图像，与图 2 纯氨
在湍流条件下很难传播的图像对比可知，在纯氨中掺
混 20% 的氢气之后可以发现氢气对于氨火焰稳定程
度和燃烧强度的改善作用非常明显，火焰明显能够正
常传播，并在传播过程中能维持一个完整的形状，随
着掺氢比的提高，火焰的燃烧强度明显增强．从图像
中可以直接看出随着掺氢比的提高，湍流燃烧速度明
显提升；且随着掺氢比的提高，火焰发展过程中火核
变得更加稳定，形状更加规则．在掺氢 80% 之后，能
够明显看到火焰以近球形稳定发展．
处的火焰半径．根据 Bradley 等[21]采用纹影法和米氏
散射同步测量湍流传播火焰的结果，γ c =0.1 是纹影法
得到的平均火焰半径，γ c =0.5 是米氏散射得到的平均
火焰半径，γ c =0.1 和 γ c =0.5 的比值约为 1.33．
（a）R≈25 mm，（b）R≈35 mm，
（c）R≈45 mm，
15.7 ms
20.0 ms
24.1 ms
2 结果与讨论
2.1 当量比、掺氢比和湍流强度对氨/氢气湍流火
焰传播特性的影响
图 2 为当量比 φ = 1.0 时纯氨层流和湍流火焰传
播过程．u′＝0 时，纯氨在层流状态下燃烧非常缓慢，
层流燃烧速度最快大约是 7 cm/s，远低于碳氢燃料，
因此会受到很强烈的浮力不稳定性作用，火焰整体上
浮明显．对于湍流火焰传播，在相同当量比时，火焰
在湍流作用下很难传播，即使初始状态下有火核产
生，火焰也很难向外传播，如湍流强度 u′＝0.91 m/s
时可燃混合气被点燃后很快被流场吹灭，火焰不能保
持完整的形状，无法测量稳定的湍流燃烧速度．
（a）30 ms
（d）25 ms
（b）60 ms
（c）100 ms
（e）65 ms
（f）75 ms
图 2 当量比为 1.0 时纯氨层流和湍流火焰传播图像
Fig.2 Images of ammonia laminar and turbulent flame
propagation at equivalence ratio of 1.0
图 3 展示了掺氢比分别为 20% 、50% 、80% 时湍
流火焰传播过程的图像．图中分别选取平均半径为
— 554 —
（d）R≈25 mm，（e）R≈35 mm，
（f）R≈45 mm，
9.3 ms
11.1 ms
7.3 ms
（g）R≈25 mm，（h）R≈35 mm，
（i）R≈45 mm，
3.1 ms
4.0 ms
4.8 ms
图 3 当量比为 1.0，湍流强度为 1.81 m/s 时不同掺氢比
条件下湍流火焰传播图像
Fig.3 Images of turbulent flame propagation under different hydrogen blending ratios when the equivalence ratio is 1.0 and the turbulence intensity is
1.81 m/s
图 4 展示了湍流强度分别为 0 m/s、0.91 m/s、
1.81 m/s、2.72 m/s 时火焰传播过程的图像，对于层流
传播火焰图像采用 Matlab 拟合圆方法提取火焰半
径．从图像中可以明显看出，随着湍流强度的增加，
火焰传播速度明显加快，火焰前锋面的形状更加不规
则．而火焰前锋面的不规则程度及火焰面的褶皱程
度与火焰传播速度有极大的关系，由图 4 可以看出
来，湍流强度越大，火焰发展到同一半径所需要的时
间越短，说明同一火焰半径下对应的湍流燃烧速度也
增大，主要是因为随着湍流强度的增加，火焰表面的
胞状结构数量增多，火焰褶皱程度增加，为了表征火
焰褶皱程度对于火焰传播速度的影响，引入褶皱因子
燃烧科学与技术
边志坚等：氨/氢气湍流预混火焰传播特性实验研究
来对比不同条件下的火焰传播情况．
平均半径 r 使用一样的计算方法，周长当量半径 Rp
定义为
R p = p / 2π
(4)
（a）R≈25 mm，（b）R≈35 mm，
（c）R≈45 mm，
7.6 ms
10.6 ms
13.7 ms
（d）R≈25 mm，（e）R≈35 mm，
（f）R≈45 mm，
7.3 ms
9.3 ms
11.1 ms
式中：p 为根据火焰图像提取得到的周长．
图 5 为不同湍流强度下火焰褶皱比 W 随着火焰
发展的变化规律，可以看到随着火焰半径的增大，火
焰褶皱比逐渐增大．这说明随着火焰的发展，火焰表
面褶皱程度增大，因此湍流燃烧更加剧烈，火焰传播
速度也随之增大，这一点与图 4 所展示的湍流燃烧速
度的变化趋势是一致的．同时可以看出，随着湍流强
度的增加，相同半径下火焰褶皱比也会增大，主要是
因为随着湍流强度的增加，柯氏尺度和泰勒尺度都变
小，因此火焰面会变得更加褶皱，湍流燃烧速度也随
之增大．
（g）R≈25 mm，（h）R≈35 mm，
（i）R≈45 mm，
5.9 ms
7.2 ms
8.2 ms
（j）R≈25 mm，（k）R≈35 mm，
（l）R≈45 mm，
5.8 ms
6.8 ms
7.7 ms
图 4 当量比为 1.0，掺氢比为 50% 时不同湍流强度湍流
火焰传播图像
Fig.4 Images of turbulent flame propagation under different turbulence intensities when the equivalence
ratio is 1.0 and the hydrogen blending ratio is 50%
根据 Chaudhuri 等的假设[22]，湍流火焰速度主要
由火焰表面总面积决定，而湍流传播火焰主要是由火
焰表面褶皱的产生和耗散两种机理控制，使火焰表面
产生褶皱的因素主要是湍流对火焰产生的拉伸和扰
动、流体动力学不稳定性和 Le＜1 时的热扩散不稳定
性．在湍流火焰传播过程中，由于湍流流场对火焰传
播过程的作用，火焰表面会发生不同程度的褶皱，使
得火焰面积增大，湍流燃烧速度加快，而为了表征预
混湍流传播火焰的表面褶皱程度的变化情况，采用
Brequigny 等 [23] 提出的火焰褶皱比 W 来进行量化
表征
W = R p2 / Rs2
(3)
湍流预混火焰的火焰半径提取对湍流预混火焰
传播速度的研究十分重要，基于火焰图像的提取可以
测量多个不同的半径，其中面积当量半径 Rs 与火焰
图 5 不同湍流强度下火焰褶皱比的变化规律
Fig.5 Variations of flame wrinkle ratio under different
turbulence intensities
2.2 掺氢比为 50%氨/氢气湍流燃烧速度及拟合
湍流燃烧速度 ST 及其拟合关系式是燃烧器设计
优化的重要参数，从基础研究的角度来看，一般认为
ST 是层流燃烧速度概念的扩展的物理参数，在一些
简化的实验室湍流中需要寻求普遍的关系式或可能
的统一标度来描述，例如在准各向同性湍流容弹和稳
定燃烧的本生灯火焰．
图 6 为当量比 1.0 时氨/氢气火焰传播历程，从图
中可以很明显地看出随着湍流强度的增加，火焰传播
速度显著地增加，且随着火焰半径的增大，火焰传播
速度会一直增加．在本研究测量范围下，火焰传播速
度的增加没有停止和减慢的趋势，火焰一直处于加速
传播的状态．根据公式(5)湍流燃烧速度与湍流雷诺
数的关系式，湍流燃烧速度会随着湍流强度的增加显
著增大．
ST
∼
SL
u ′LI
= ReT
SLlf
(5)
式中：u′为有效湍流强度；LI 为积分尺度；SL 是层流燃
烧速度；lf 为火焰面厚度．
但是公式(5)没有考虑火焰向外传播的加速效
— 555 —
第 26 卷 第 6 期
燃烧科学与技术
应．在 Peters[24]和 Chaudhuri 等[25]的理论中认为火焰
刷的厚度正比于湍流积分尺度，而对于特定的工况来
说，湍流积分尺度是确定的数值而不会发生变化.
Chaudhuri 等[22]最新的研究表明，火焰刷厚度实际上
是会随着火焰向外传播而增加的，且可以认为正比于
火焰平均半径＜r＞，因此应当将公式中的积分尺度
LI 换成湍流火焰平均半径＜r＞，然后再进行湍流燃
烧速度的归一化拟合，此时得到的雷诺数就是对应的
火焰雷诺数，见公式(6)．
ST
u′ < r >
∼
= ReT,f
SL
SLlf
(6)
同 样 地 ，在 当 量 比 为 1.3 时 得 到 ST, c =0.5 / SL =
0.554 78
0.080 1ReT,f
，而在当量比为 0.8 时为 ST, c =0.5 / S L =
0.563 2
. 可见，利用火焰雷诺数可以对不同湍
0.110 0ReT,f
流强度下的 ST 进行较好地归一化拟合，无量纲 ST 和
火焰雷诺数之间近似呈幂函数关系，且幂指数因子约
为 0.5．基本上对于掺氢比为 50% 的氨/氢气混合物来
说，其拟合后火焰雷诺数的指数均在 0.5 左右，不同
α
湍流强度下的归一化速度均能拟合在 ReT,f
这条曲线
上，其中 α ≈ 0.5 ，结果很好地验证了在诸多碳氢燃料
上经过验证的 1/2 定律[24]，说明氨/氢气湍流传播火
焰与其他碳氢燃料一样存在着湍流传播火焰加速过
程中独有的自相似加速传播的特性，同样归一化拟合
的结果也能说明氨/氢气湍流火焰传播过程是一直处
于加速过程中的．
（a）平均火焰半径
图 7 无量纲湍流燃烧速度与火焰雷诺数拟合
Fig.7 Fitting between normalized turbulent flame
propagation speed with Reynolds number of flame
3 结论
（b）火焰传播速度
图 6 湍流强度对氨气/氢气火焰传播过程的影响
Fig.6 Effects of turbulence intensity on ammonia/hydrogen flame propagation
图 7 所示为不同湍流强度下掺氢比为 50% 时氨/
氢气预混湍流火焰的无量纲湍流燃烧速度与火焰雷
诺数归一化拟合结果，当量比为 1.0 时得到拟合公式
(7)，而多次重复实验也可以很好地验证拟合结果，
从图中可以看出大部分数据点都基本落在这条拟合
线上．
d < r > / dt
0.555 07
= 0.029 6 ReT,f
(7)
σ SL
而考虑了膨胀效应的影响之后，使用公式(2)可
以获得进展变量＜c＞＝0.5 处的湍流燃烧速度的归
一化拟合结果，见公式(8)．
ST, c =0.5
0.555 07
= 0.091 9 ReT,f
(8)
SL
— 556 —
利用湍流定容燃烧弹开展了不同当量比、掺氢
比、湍流强度等参数条件下的湍流火焰传播实验研
究，获得了层流湍流火焰发展图像，得到了氨/氢气湍
流燃烧速度，及其随湍流强度、当量比的变化规律，
最终得到其归一化拟合公式，并分析了氨及氨/氢气
的湍流火焰传播特性．
(1) 纯氨在层流燃烧情况下会受到明显的浮力
不稳定性作用，在湍流作用下很难向外传播，无法测
量稳定的湍流火焰速度；掺氢后，火焰火核稳定程度
和燃烧强度显著增强，湍流燃烧速度提升明显，且随
着掺氢比的提高，效果越明显．
(2) 随着火焰半径的增大和湍流强度的增加，火
焰褶皱比逐渐增大，湍流燃烧更加剧烈，湍流燃烧速
度随之增大．
(3) 对于掺氢比为 50% 的氨/氢气湍流传播火
焰，不同湍流强度下的湍流燃烧速度可以与火焰雷诺
数很好地拟合，且拟合后幂指数均在 0.5 左右，表明
边志坚等：氨/氢气湍流预混火焰传播特性实验研究
湍流火焰呈现自相似加速传播规律．
参考文献：
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