乙烯火焰中碳煙生成和演化的數(shù)值模擬.pdf

1、碳煙是化石燃料在燃燒過程中熱解或者不完全燃燒的一種產(chǎn)物，它能提高爐膛內(nèi)的輻射傳熱，也能被用來制作輪胎，墨水等。但是它的危害卻不容忽視，在碳煙的排出過程中會帶走一部分熱量，降低燃料的利用率，同時它也對大氣污染以及人類健康有著嚴(yán)重的影響。因此，研究碳煙粒子的生成和演化過程對于控制碳煙的排放具有重要意義。
　　本文首先應(yīng)用CHEMKIN軟件模擬乙烯在一維預(yù)混狀態(tài)下燃燒，對比基于兩種反應(yīng)機理（ABF機理與KM2機理）氣相小分子和多環(huán)芳香烴

2、(PAHs)的濃度分布，通過反應(yīng)路徑分析，找出苯(A1)和碳煙的前驅(qū)體多環(huán)芳香烴(PAHs)的主要生成路徑。結(jié)果表明在苯(A1)的形成過程中，乙炔(C2H2)與炔丙基（C3H3-）是重要的中間產(chǎn)物。苯主要是通過C3+C3反應(yīng)路徑生成，還有部分則來自A1-;大分子PAHs的形成主要基于脫氫加乙炔(HACA)過程，但是在KM2機理中，奇碳物質(zhì)（如C9H7）也有助于芘(A4)的生成。然后，應(yīng)用算子分裂蒙特卡洛方法(OSMC)對碳煙的生成和演化

3、進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明兩種機理都能很好的預(yù)測碳煙的數(shù)密度與體積分?jǐn)?shù)分布。但是相比ABF機理，KM2機理的預(yù)測更接近實驗數(shù)據(jù)。此外，基于上述所得到的PAHs濃度，嘗試性使用圖形處理器(GPU)進(jìn)行碳煙成核的并行數(shù)值模擬，得到理想的并行效果。
　　另一方面，應(yīng)用CHEMKIN軟件模擬乙烯對沖擴散火焰，對比基于兩種反應(yīng)機理（ABF機理與KM2機理）氣相小分子和多環(huán)芳香烴(PAHs)的濃度分布。應(yīng)用算子分裂蒙特卡洛方法(OSMC)對碳煙的

4、生成和演化進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明兩種機理都能很好的預(yù)測碳煙的數(shù)密度與體積分?jǐn)?shù)分布。從火焰鋒面往燃料噴嘴方向，碳煙的數(shù)密度逐漸減少;而碳煙的體積分?jǐn)?shù)先增加，在滯止面處由于碳煙的逸出而迅速下降。此外，采用KM2機理模擬不同速度下碳煙粒子的生成和演化，最終得到碳煙的數(shù)密度和體積分?jǐn)?shù)分布，結(jié)果表明隨著速度的增加，碳煙的數(shù)密度，體積分?jǐn)?shù)都下降，碳煙區(qū)域縮小。分析其粒徑分布，結(jié)果表明，隨著速度的增加，成核過程與長大過程均減