甲烷空气预混火焰淬熄的数值模拟.pdfVIP

IIi!,Lilil l 甲烷 ／空气预混火焰淬熄的数值模拟 许 军 (安徽省消防总队，安徽 合肥 230000) 摘 要 ：采用数值计算的方法对二维条件 下 甲烷 ／空气混 燃烧 (开始燃烧后没有附加外界能源)的条件是：产生的 合气在微小狭缝通道 中的燃烧和淬熄进行研究。对壁面温度 活性 自由基的数 目要多于消耗的。只要火焰进入阻火器 设定抛物线分布，基于化学反应机理模拟燃烧 ，展现不同气流 结构 ，自由基与通道壁面的碰撞概率增大导致被壁面吸 速度 下火焰在微小通道 中的燃烧和淬熄现象 ，并分析狭缝 内的 收的自由基数量变多，参加反应的 自由基数量减少。当 主要反应组分分布。结果表明，随着气流速度下降，温度分布 阻火器的通道减小到一定范围后，自由基与壁面碰撞作 整体呈下降趋势；靠近上游处存在羟基峰值，随着流速下降，峰 用达到某一程度，消失的 自由基数 目多于新产生的，就会 值减小且 向上游移动 ；峰值之后 ，羟基含量随流速下 降而增大。 发生火焰淬熄 。 关键词 ：甲烷 ；淬熄；数值模拟 ；微小尺度 这两种理论在实际中是相辅相成的。一旦火焰进入 中图分类号：X913．4，TK121 文献标志码 ：B 狭缝 ，壁面中断链式反应就产生了作用，同时壁面热传导 文章编号 ：1009—0029(2016)06—0763—04 也发生了作用，使火焰温度下降，产生 自由基 的能力下 研究微尺度燃烧 ，可 以服务于研发各类 民用和军用 降，加速 了火焰淬熄 。而普遍被接受的淬熄 的主要原因 的微动力系统，如微小型飞行器等便携的电子设施的微 是热淬熄理论 ，同时 自由基淬熄也起到一定的作用。 2 数值模拟模型构建 动力系统。但也有一些因素限制了微尺度燃烧的开发利 用，表现在微尺度下表面热损失、自由基表面淬熄、壁混 如图1所示，研究对象为长 L—i00mill、宽 W一2 合物停留时间短等影响了燃烧 的燃烧效率和稳定性，这 mrn的矩形通道，选取整个微通道进行模拟，未选取其对 也是 目前研究微尺度燃烧 (器)的主要 内容 。 称结构。计算中，当量 比为 1．0的甲烷／空气预混气从微 笔者研究的内容为微小狭缝 内的甲烷预混气 的淬熄 通道左侧 以一定速度均匀流入微通道 内，气相燃烧控制 现象，主要探讨燃气流速和壁面温度对火焰淬熄 的影响。 方程包括连续性方程、动量守恒方程、气相燃烧 中所涉及 1 火焰淬熄机理分析 到的全部组分守恒方程、能量守恒方程及气体状态方程 。 微小通道结构能使火焰淬熄，有两种理论 ，包括热淬 熄理论和 自由基淬熄理论 。 进L一 口 热淬熄理论也称为冷壁效应：当火焰进入阻火器结 构时，热损失会突然增大，因此结构的传热面积 比较大， 图 1 模拟对象 (微小狭缝) 火焰经过通道壁面产生热损失使温度降低 ，当下降到一 计算中气相燃烧采用 GRI—Mech3．0甲烷化学反 定程度时，火焰即熄灭。这个理论说明维持燃烧必须保 应动力学机理 ，该机理包含