文章修改说明

文章修改说明

文章修改说明 尊敬的审稿专家，‎ 您好，我是《卷吸现象实验研究》一文的作者，非常感谢您在百忙之中审阅了此文，并对文章提出了宝贵的修改意见。根据这些意见，我对文章做了修改，改动之处在新的稿件正文中以红色标出。本文将对这些审稿意见进行分类回复。‎ ‎1. 掺混均匀性方面的问题：‎ 问题2‎ 改进燃烧区掺混均匀性的判别方法，制作新的温度探针，重做掺混均匀性实验，将测点数从1个增加到8个，具体方法如下所述。‎ 问题3‎ 在先前的实验和本次的实验中，掺混均匀性实验和贫油熄火实验都是分开进行的，不会对测量结果造成影响，具体实验过程如下所述。‎ 问题4‎ 测量8个位置处的温度，定义不均匀系数，通过这个系数来量化凹腔内的温度分布均匀性。具体实验结果如下所述。‎ 重做掺混均匀性实验：‎ 如下图所示，将凹腔区燃烧温度的测点位置从1个增加到8个，采用安装有热电偶的陶瓷探针测量温度，通过旋转探针的轴，实现这8个位置处的温度测量。在先前的实验和本次的实验中，都是先在侧壁面安装石英玻璃观察窗，调节主流状态至试验状态，驻涡燃烧室点火，逐渐减小油量，测得此状态下的贫油熄火油量；然后将观察窗更换为温度测量座，安装温度探针后，驻涡燃烧室重新点火，调节油量至略大于贫油熄火油量，测量燃烧区的温度。此测量方法可以避免探针的稳焰作用对测量结果造成影响。‎ 掺混均匀性实验的结果如下图所示，在不同主流速度条件下，燃烧区温度分布的趋势相同，位置1、2、3处的温度较高，沿凹腔内漩涡的旋转方向，温度逐渐降低，位置4处的温度较低。这是由于位置1、2、3距离燃料喷口较近，局部油气比较高，沿漩涡的旋转方向，局部油气比逐渐减小。‎ 为定量分析燃烧区掺混的均匀性，计算凹腔内的平均温度，定义不均匀性系数。结果如下表所示，随着主流速度的提高，‎ - 5 -‎ 逐渐增加，不均匀性系数减小，在四个主流速度条件下，不均匀性系数均小于5%，结果表明，凹腔内的掺混较为均匀，实验条件满足了测量原理对于掺混均匀性的要求。‎ ‎2. 实验的不确定性分析：‎ 问题1‎ 增加不确定性分析，分析中将考虑以下因素对卷吸量测量不确定性的影响：测量装置的精度、燃烧区温度分布的不均匀性、燃烧区平均温度低于理论熄火温度。‎ 根据误差分析方法，对于间接测量的量Ｙ，其表达式为,则间接测量量Ｙ的相对误差可以表示为：‎ 取主流速度为‎50m/s的状态进行分析：‎ 先仅考虑测量装置精度的影响，主流空气流量和燃油流量的测量精度为0.5%，计算得到油气比的精度： ‎ 考虑燃烧区温度分布不均匀性的影响，如前所述，燃烧区温度分布不均匀性系数为3.0%，测温用热电偶的精度为1%，得到油气比的实际精度： ‎ 考虑燃烧区平均温度低于理论熄火温度，如前所述，平均温度为1342K，与甲烷理论熄火温度1543K相比，相差201K，温差与理论温度之比为13%，计算得到卷吸比例的测量精度：‎ 用类似方法，可得到其他状态下的测量精度，最低的为18%。‎ 本次分析中，用燃烧区平均温度与理论燃烧温度的差值来分析误差。实际上，燃烧区平均温度低于理论熄火温度，部分原因是由于燃烧室的热损失导致测得的燃烧区温度偏低，而这个因素不影响卷吸量及卷吸比例的计算，因此，实际的测量精度高于上述精度。各参数的精度如下表所示。‎ ‎3. 图8的问题：‎ 问题6‎ 图8如下所示，在先前的研究中，每个通道高度条件下，选择5-6个主流速度进行实验研究。上次的数据处理完成后，发现曲线有交叉，认为是实验不确定性导致的，没有重做实验。本次稿件修改时，重做了图8涉及的所有实验。本次试验的主流速度范围提高到‎90m/s，方案1和方案2的曲线没有交叉，具体实验结果如下。‎ 问题7‎ 这是由于实验的主流速度范围较小，增大的趋势不明显，增大实验范围后，变化的趋势较为明显，具体结果如下。‎ 问题8‎ 这是由于实验点较少，重做实验，增加数据点后，从结果可以看出，方案1和方案2的变化规律是一致的，其他试验方案的变化规律也是一致的，具体结果如下。‎ 问题9‎ - 5 -‎ 上次实验时，每个高度方案只选择5-6个主流速度进行实验研究。本次重做实验时，增加了数据点的个数和扩大了主流速度的范围，具体结果如下。‎ 在凹腔不进气、且无主流稳定器条件下，重做卷吸量实验。‎ 将每个通道高度下的主流速度范围都扩大到20‎-90m/s，数据点都增加到10个以上。另外，为使各高度方案的间隔较为一致，增加了实验方案。重做实验和上次实验的结果对比如下所示。并将每个实验方案的结果都分开对比，可看出，两次实验的结果基本一致。‎ 本次数据处理过程中，发现原来的数据处理程序存在错误，计算无凹腔进气条件下的值时，me计算正确，而计算时单位换算出错，原结果少乘以系数3.6。‎ 部分需要更换的图和更换后的图如下所列。‎ ‎4. 变化原因分析：‎ 问题5‎ a. 图8的原因分析 不采用稳定器时的结果如下图所示，随着主流速度的增大，卷吸量和卷吸比例都增大。这是由于主流气体流过凹腔时，存在剪切层，随着主流速度的增大，速度梯度增大，剪切应力增大，导致主流对凹腔的影响增大，凹腔卷吸量和卷吸比例增大。‎ 相同主流速度条件下，随着主流通道高度的减小，卷吸量和卷吸比例都增大。这是由于通道高度减小时，在速度相同的条件下，主流的湍流强度增加，主流空气与凹腔空气的相互作用增强，凹腔卷吸量增大。另外，主流通道高度减小时，主流流量减小，所以卷吸比例增大。‎ b. 图9的原因分析 图9所下所示，采用小堵塞比稳定器时，随着主流速度的增大，卷吸比例增大。原因与无稳定器时的一样。采用大堵塞比稳定器时，随着主流速度的增大，卷吸比例先增大后减下。这是由于大堵塞比稳定器后方的区域较大，这个区域也存在卷吸，当主流速度较大时，会导致凹腔区域的卷吸比例减小。‎ 当堵塞比相同时，V型稳定器的卷吸比例比U型稳定器的大。这是由于V型稳定器与主流速度方向有一个夹角，有利于主流空气进入到凹腔内。‎ 问题10‎ 本次修改增加了卷吸量随主流速度的变化示意图，如下图a所示，对比分析有利于解释变化的原因。‎ 当没有凹腔进气时，随着主流速度的增大，卷吸量和卷吸比都 - 5 -‎ 增大。当有凹腔进气时，随着主流速度的增大，卷吸量增大，卷吸比减小。‎ 这是由于自然卷吸和凹腔射流卷吸随主流速度的变化规律不一致。对于自然卷吸，随着主流速度的增加，卷吸的影响增强，卷吸比增加。而对于凹腔射流卷吸，随着主流速度的增加，凹腔与主流的动量比减小，卷吸比减小。没有凹腔进气时，仅存在自然卷吸作用，从而卷吸比随主流速度增加而增大。而有凹腔进气时，存在自然卷吸和射流卷吸作用，在两种作用的共同影响下，卷吸比随主流速度的增大而减小。‎ ‎5. 图12和图13的问题：‎ 问题11‎ 图12.a和图12.b如下所列。‎ 以凹腔进气速度为横坐标，作图如下。可以看出，当凹腔进气速度小于‎7m/s时，卷吸比变化较小，大于‎7m/s时，变化较大。本文研究的燃烧室结构是接近工程实际运用的结构形式，结构如下图所示，凹腔进气通过三排孔进入燃烧区，凹腔进气在参与燃烧之前可以起到冷却壁面的作用。由于凹腔进气是贴着壁面进入燃烧区，随着凹腔进气速度的增大，壁面附近区域和凹腔内部区域的气流速度差异增大，凹腔内部的掺混均匀性较难保证。因此，没有在更高的凹腔进气速度条件下开展实验。‎ 问题12‎ 原文中的图12.b如下所列，凹腔进气速度是‎11m/s。在上次的实验中，最大的进气速度是‎12m/s，本文将这个结果列于下方。从图中可以看出，也显示了不一样的趋势。出现这个现象的原因作者未能确定。‎ 问题13‎ 图13.a如下所列。出现这个现象的原因主要是条件下，和‎4m/s这两个数据点较为异常。检查原始数据，未发现异常。这两个点异常的原因作者未能找到，可能是实验中某些偶然因素导致的。本次处理将这两个点删除，处理后的图如下所列。‎ 问题14‎ 从上图中，可以看出，在相同主流速度条件下，凹腔未进气时的卷吸比例高于某些凹腔进气速度条件下的，可以表明自然卷吸在某些条件下占有优势。和‎43.5m/s条件下，凹腔进气速度对卷吸比例的影响如下所示，当凹腔进气速度较小时，自然卷吸的影响大于射流卷吸的。原文中将实验结果与参考文献13的进行对比确实是不恰当的，谢谢指出，新的稿件中已将此部分内容删除。关于实验数据，本次重做了掺混均匀性实验和部分卷吸量实验。由于有上文中所述的考虑，所以没有在更高凹腔进气速度条件下，开展新的实验。‎ - 5 -‎ 问题15‎ 根据测量原理，通过气体燃料的贫油熄火极限计算卷吸量，需要保证两点：a. 火焰完全处于凹腔内，原文中通过火焰照片来判断；b. 油气的掺混均匀性，通过燃烧区温度来判断。‎ 本次重做掺混均匀性实验，将燃烧区温度测点从1个增加到8个点，具体方法及实验结果如前所述。满足这两点后，可以采用贫油熄火极限来计算卷吸量。文中采用的是甲烷燃料，针对甲烷和空气的混合物，以往的数据手册列出了不同压力、不同未燃空气温度条件下，混合气的可燃下限，根据实验的空气压力和未燃空气的温度查表可得到熄火极限值，实验中保证掺混的均匀性，即可与原来的实验条件相同。重做的实验结果表明，不均匀性系数均小于5%，凹腔内的掺混较为均匀。‎ 从实验结果看，燃烧区平均温度低于理论熄火温度200~250K，这是两个原因导致的，一是燃烧效率不等于100%，另一个是燃烧室的热损失导致测得的燃烧区温度偏低。第一个原因对卷吸量的计算有影响，第二个原因对计算则没有影响。采用燃烧效率对卷吸量计算进行修正存在难点，一是两个因素各占的比重较难确定，二是不同状态下的燃烧效率不相同，测量燃烧区温度时，测量探针会影响熄火油气比，从而测量燃烧区温度的试验与熄火油量的实验需要分开进行，如果每一个状态都进行燃烧区温度测量，所需的实验时间较长、实验成本较大。本文增加误差分析来解决这个问题，为谨慎起见，分析中认为燃烧区平均温度低于理论熄火温度均是由燃烧效率导致的，将其作为影响测量精度的一个最主要因素，计算实验的测量精度。具体的过程如前所述。‎ 问题16‎ 本文进行了修改，主要将测量原理中关于直接测量方法的介绍进行了精简，删除公式推导过程。其他部分内容也做了精简。‎ 问题17‎ 谢谢提醒，本次修改中，我们重新对文章进行了校定。‎ 以上为文章的修改说明，最后，再次感谢审稿专家提出的宝贵意见和审稿时付出的宝贵时间。‎ 祝审稿专家工作顺利！‎ - 5 -‎