基于重要性分析的混合碳氫燃料預(yù)混火焰結(jié)構(gòu)數(shù)值預(yù)測.pdf

1、數(shù)值模擬是火災(zāi)研究的重要手段之一。鑒于詳細化學(xué)反應(yīng)機理和單步反應(yīng)機理都無法同時滿足理論研究和工程應(yīng)用對于計算精度和效率的要求，采用科學(xué)的方法對詳細化學(xué)機理進行分析與簡化，對于有效模擬火災(zāi)過程是非常有必要的。此外，火災(zāi)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(guān)鍵中間產(chǎn)物，低碳碳氫燃料在大多數(shù)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(xué)機理分析平臺，利用耦合組分化學(xué)存活時間和

2、敏感性系數(shù)的重要性參數(shù)，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(guān)反應(yīng)可以得到相應(yīng)的框架機理。針對目前燃燒學(xué)界較為關(guān)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(xué)反應(yīng)機理進行了分析，利用重要性分析法構(gòu)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(yù)混火焰進行數(shù)值模擬。與詳細機理相比，框架機理所涉及的組分數(shù)與基元反應(yīng)個數(shù)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(yīng)物、生

3、成物、中間產(chǎn)物濃度的預(yù)測與采用詳細機理得到的結(jié)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(yīng)機理的基礎(chǔ)上，本文對甲烷／乙烯混合燃料的預(yù)混火焰結(jié)構(gòu)進行了數(shù)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(dǎo)致火焰中H和OH自由基濃度升高，促進相關(guān)化學(xué)反應(yīng)進行，且層流燃燒速度與H+OH的最大濃度之間存在線性關(guān)系，

4、通過進一步研究得到了兩者之間的線性關(guān)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(yīng)發(fā)生的臨界溫度降低，從而使化學(xué)反應(yīng)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(shù)據(jù)擬合得到不同燃料混合比率下的Markstein長度和無量綱Markstein數(shù)，兩者都隨乙烯含量的增加而單調(diào)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(xué)反應(yīng)機理分析及簡化的數(shù)值研究平臺，利用數(shù)學(xué)手