基于重要性分析的混合碳?xì)淙剂项A(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(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和單步反應(yīng)機(jī)理都無法同時(shí)滿足理論研究和工程應(yīng)用對(duì)于計(jì)算精度和效率的要求，采用科學(xué)的方法對(duì)詳細(xì)化學(xué)機(jī)理進(jìn)行分析與簡化，對(duì)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?xì)淙剂匣旌隙桑鳛楦咛纪闊N和烯烴氧化的關(guān)鍵中間產(chǎn)物，低碳碳?xì)淙剂显诖蠖鄶?shù)實(shí)際燃料的燃燒機(jī)理中起著重要作用。
　　 本文建立了基于重要性分析的詳細(xì)化學(xué)機(jī)理分析平臺(tái)，利用耦合組分化學(xué)存活時(shí)間和

2、敏感性系數(shù)的重要性參數(shù)，確定詳細(xì)機(jī)理中的準(zhǔn)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(jī)理。針對(duì)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?xì)淙剂蠟檠芯繉?duì)象，對(duì)其詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了分析，利用重要性分析法構(gòu)筑框架機(jī)理，并采用框架機(jī)理對(duì)甲烷／空氣和甲烷／乙烯／空氣預(yù)混火焰進(jìn)行數(shù)值模擬。與詳細(xì)機(jī)理相比，框架機(jī)理所涉及的組分?jǐn)?shù)與基元反應(yīng)個(gè)數(shù)都得到了大幅度的降低，計(jì)算時(shí)間也明顯減少，但對(duì)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(xì)機(jī)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(xì)反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，本文對(duì)甲烷／乙烯混合燃料的預(yù)混火焰結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值研究，重點(diǎn)考察貧燃條件下乙烯含量不同對(duì)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?yàn)橐蚁┨砑訉?dǎo)致火焰中H和OH自由基濃度升高，促進(jìn)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)。
　　 本文的特色在于建立了基于重要性分析韻詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理分析及簡化的數(shù)值研究平臺(tái)，利用數(shù)學(xué)手