基于重要性分析的混合碳氫燃料預混火焰結構數值預測.pdf

1、數值模擬是火災研究的重要手段之一。鑒于詳細化學反應機理和單步反應機理都無法同時滿足理論研究和工程應用對于計算精度和效率的要求，采用科學的方法對詳細化學機理進行分析與簡化，對于有效模擬火災過程是非常有必要的。此外，火災中的大部分燃料都是由多種碳氫燃料混合而成，作為高碳烷烴和烯烴氧化的關鍵中間產物，低碳碳氫燃料在大多數實際燃料的燃燒機理中起著重要作用。
　　 本文建立了基于重要性分析的詳細化學機理分析平臺，利用耦合組分化學存活時間和

2、敏感性系數的重要性參數，確定詳細機理中的準穩(wěn)態(tài)組分，通過移除這些組分及其相關反應可以得到相應的框架機理。針對目前燃燒學界較為關注的混合燃料燃燒問題，以甲烷、乙烯這兩種典型低碳碳氫燃料為研究對象，對其詳細化學反應機理進行了分析，利用重要性分析法構筑框架機理，并采用框架機理對甲烷／空氣和甲烷／乙烯／空氣預混火焰進行數值模擬。與詳細機理相比，框架機理所涉及的組分數與基元反應個數都得到了大幅度的降低，計算時間也明顯減少，但對火焰溫度及反應物、生

3、成物、中間產物濃度的預測與采用詳細機理得到的結果吻合良好，證明了重要性分析法的有效性與可靠性。
　　 在分析詳細反應機理的基礎上，本文對甲烷／乙烯混合燃料的預混火焰結構進行了數值研究，重點考察貧燃條件下乙烯含量不同對火焰的層流燃燒速度和火焰穩(wěn)定性的影響。研究表明，層流燃燒速度隨著乙烯含量的增加而增大，這一方面是因為乙烯添加導致火焰中H和OH自由基濃度升高，促進相關化學反應進行，且層流燃燒速度與H+OH的最大濃度之間存在線性關系，

4、通過進一步研究得到了兩者之間的線性關系式；另一方面，隨著乙烯含量的增加，絕熱火焰溫度升高，反應發(fā)生的臨界溫度降低，從而使化學反應更容易發(fā)生和進行。在火焰穩(wěn)定性方面，火焰速度隨拉伸率線性減小，通過數據擬合得到不同燃料混合比率下的Markstein長度和無量綱Markstein數，兩者都隨乙烯含量的增加而單調增大，說明火焰穩(wěn)定性得到增強。
　　 本文的特色在于建立了基于重要性分析韻詳細化學反應機理分析及簡化的數值研究平臺，利用數學手