Abstract Spherically expanding flames are severely affected by flame stretch in the early stage of combustion and therefore stretch models are of great importance in determining the uncertainty of experimental laminar flame speeds (SL) and burned gas Markstein lengths (Lb). In order to prevent the existing large scatter in experimental data of these two fundamental flame parameters, the effect of the lower radius limit for the flame speed calculation on extrapolation results of the stretch models was investigated through spherically expanding flames under constant pressure. Methane, hydrogen, propane, and iso-octane fuels were tested to account for both hydrocarbon and non-hydrocarbon fuels with different evolutions in the burned gas Markstein length when equivalence ratio is increased. Results show that there is a critical lower radius limit (RL,critical), where all laminar flame speed and burned gas Markstein length values obtained by the extrapolation of the stretch models converge to the same laminar flame speed and burned gas Markstein length. The value of the critical lower radius limit strongly depends on the burned gas Markstein number (Mab) and this dependency can be shown with |Mab|=0.8424*RL,critical for fuel/oxidizer mixtures with -0.48 mm ≤ Lb ≤ 1.23 mm (or, -0.62 ≤ Mab ≤ 2.60). Finally, laminar flame speeds and burned gas Markstein lengths of methane, hydrogen, propane, and iso-octane flames that were corrected according to the critical lower radius limit approach proposed in the present study were compared to previously published experimental results.

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球形扩展拉伸火焰层流火焰速度测量的临界下半径极限方法

摘要 球形膨胀火焰在燃烧早期受到火焰拉伸的严重影响，因此拉伸模型对于确定实验层流火焰速度（SL）和燃烧气体马克斯坦长度（Lb）的不确定性具有重要意义。为了防止这两个基本火焰参数的实验数据存在较大的分散性，通过恒定压力下的球形膨胀火焰，研究了火焰速度计算的半径下限对拉伸模型外推结果的影响。当当量比增加时，对甲烷、氢气、丙烷和异辛烷燃料进行了测试，以说明碳氢化合物和非碳氢化合物燃料在燃烧气体 Markstein 长度中的不同演变。结果表明，存在一个临界半径下限 (RL, 临界），其中通过拉伸模型外推获得的所有层流火焰速度和燃烧气体马克斯坦长度值收敛到相同的层流火焰速度和燃烧气体马克斯坦长度。临界半径下限的值在很大程度上取决于燃烧气体的马克斯坦数 (Mab)，并且这种依赖性可以用 |Mab|=0.8424*RL 表示，对于 -0.48 mm ≤ Lb ≤ 1.23 mm 的燃料/氧化剂混合物至关重要（或者，-0.62 ≤ Mab ≤ 2.60）。最后，将根据本研究中提出的临界半径下限方法校正的甲烷、氢气、丙烷和异辛烷火焰的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度与先前发表的实验结果进行比较。其中，通过拉伸模型外推获得的所有层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度值收敛到相同的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度。临界半径下限的值在很大程度上取决于燃烧气体的马克斯坦数 (Mab)，并且这种依赖性可以用 |Mab|=0.8424*RL 表示，对于 -0.48 mm ≤ Lb ≤ 1.23 mm 的燃料/氧化剂混合物至关重要（或者，-0.62 ≤ Mab ≤ 2.60）。最后，将根据本研究中提出的临界半径下限方法校正的甲烷、氢气、丙烷和异辛烷火焰的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度与先前发表的实验结果进行比较。其中，通过拉伸模型外推获得的所有层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度值收敛到相同的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度。临界半径下限的值在很大程度上取决于燃烧气体的马克斯坦数 (Mab)，并且这种依赖性可以用 |Mab|=0.8424*RL 表示，对于 -0.48 mm ≤ Lb ≤ 1.23 mm 的燃料/氧化剂混合物至关重要（或者，-0.62 ≤ Mab ≤ 2.60）。最后，将根据本研究中提出的临界半径下限方法校正的甲烷、氢气、丙烷和异辛烷火焰的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度与先前发表的实验结果进行比较。临界半径下限的值在很大程度上取决于燃烧气体的马克斯坦数 (Mab)，并且这种依赖性可以用 |Mab|=0.8424*RL 表示，对于 -0.48 mm ≤ Lb ≤ 1.23 mm 的燃料/氧化剂混合物至关重要（或者，-0.62 ≤ Mab ≤ 2.60）。最后，将根据本研究中提出的临界半径下限方法校正的甲烷、氢气、丙烷和异辛烷火焰的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度与先前发表的实验结果进行比较。临界半径下限的值在很大程度上取决于燃烧气体的马克斯坦数 (Mab)，并且这种依赖性可以用 |Mab|=0.8424*RL 表示，对于 -0.48 mm ≤ Lb ≤ 1.23 mm 的燃料/氧化剂混合物至关重要（或者，-0.62 ≤ Mab ≤ 2.60）。最后，将根据本研究中提出的临界半径下限方法校正的甲烷、氢气、丙烷和异辛烷火焰的层流火焰速度和燃烧气体 Markstein 长度与先前发表的实验结果进行比较。