乙烯火焰中碳煙生成和演化的數(shù)值模擬.pdf_第1頁(yè)
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1、碳煙是化石燃料在燃燒過(guò)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(lái)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(guò)程中會(huì)帶走一部分熱量,降低燃料的利用率,同時(shí)它也對(duì)大氣污染以及人類(lèi)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(guò)程對(duì)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(duì)比基于兩種反應(yīng)機(jī)理(ABF機(jī)理與KM2機(jī)理)氣相小分子和多環(huán)芳香烴

2、(PAHs)的濃度分布,通過(guò)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(guò)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(guò)C3+C3反應(yīng)路徑生成,還有部分則來(lái)自A1-;大分子PAHs的形成主要基于脫氫加乙炔(HACA)過(guò)程,但是在KM2機(jī)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(duì)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(jī)理都能很好的預(yù)測(cè)碳煙的數(shù)密度與體積分?jǐn)?shù)分布。但是相比ABF機(jī)理,KM2機(jī)理的預(yù)測(cè)更接近實(shí)驗(yàn)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(duì)沖擴(kuò)散火焰,對(duì)比基于兩種反應(yīng)機(jī)理(ABF機(jī)理與KM2機(jī)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(duì)碳煙的

4、生成和演化進(jìn)行數(shù)值模擬,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明兩種機(jī)理都能很好的預(yù)測(cè)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(jī)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(guò)程與長(zhǎng)大過(guò)程均減

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