Metal powder combustion has traditionally been studied to mitigate the risk of industrial accidents and to determine the contributions of metals as additives to the performance of energetic materials. Recently, there has been growing interest in exploring the potential of metal powders as recyclable, zero-carbon energy carriers as an alternative to the hydrocarbons known to contribute to climate change. The present work introduces, for the first time, a stabilized flat iron flame. The counterflow burner used in this work is comprised of an inverted ceramic nozzle which sits above, and is aligned axially with, a lower nozzle producing a laminar flow of particles suspended in an oxidizing gas. A stabilized methane flame sits inside the top nozzle and the hot combustion products impinge upon the two-phase flow from the bottom nozzle, creating a stagnation plane. Spherical iron powder, with 90% of the particles less than 2.5 µm in size, is pre-loaded into a piston and dispersed using mixtures of 30% and 40% oxygen balanced in argon. Flame speeds are measured using particle image velocimetry (PIV), while flame temperatures are determined using multicolour pyrometry. It is found that flame speeds range between 30 cm/s and 45 cm/s for both oxidizing mixtures. Despite having fuel loadings below stoichiometric concentrations, the observed particle combustion temperatures are close to the adiabatic flame temperature of the stoichiometric mixture, indicating combustion in the diffusion-controlled regime for these small particles. Finally, the independence of the flame speeds with respect to oxygen concentration suggests flame propagation in the discrete regime.

传统上已经对金属粉末燃烧进行了研究，以减轻工业事故的风险并确定金属作为添加剂对高能材料性能的影响。最近，人们越来越有兴趣探索金属粉末作为可循环利用的零碳能源载体的潜力，以替代已知会导致气候变化的碳氢化合物。本工作首次引入了稳定的扁铁火焰。在这项工作中使用的逆流燃烧器包括一个倒置的陶瓷喷嘴，该喷嘴位于下部喷嘴上方并与下部喷嘴轴向对齐，下部喷嘴产生悬浮在氧化气体中的颗粒的层流。稳定的甲烷火焰位于顶部喷嘴内，热燃烧产物撞击来自底部喷嘴的两相流，创建停滞平面。90％的颗粒小于2.5 µm的球形铁粉被预装到活塞中，并使用在氩气中平衡的30％和40％氧气的混合物进行分散。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温法确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。90％的颗粒小于2.5 µm的球形铁粉被预装到活塞中，并使用在氩气中平衡的30％和40％氧气的混合物进行分散。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温法确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。90％的颗粒小于2.5 µm的球形铁粉被预装到活塞中，并使用在氩气中平衡的30％和40％氧气的混合物进行分散。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温法确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。将尺寸为5 µm的颗粒预装到活塞中，并使用30％和40％的氧气在氩气中平衡的混合物进行分散。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温法确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。将尺寸为5 µm的颗粒预装到活塞中，并使用30％和40％的氧气在氩气中平衡的混合物进行分散。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温计确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温法确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。使用粒子图像测速仪（PIV）测量火焰速度，而使用多色高温计确定火焰温度。发现两种氧化混合物的火焰速度在30cm / s至45cm / s之间。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。尽管燃料负荷低于化学计量浓度，但观察到的颗粒燃烧温度仍接近化学计量混合物的绝热火焰温度，表明这些小颗粒在扩散控制状态下燃烧。最后，火焰速度相对于氧气浓度的独立性表明火焰在离散状态下传播。