空氣中水的存在會嚴重影響烷烴類擴散火焰中煙黑的生成,研究氧化劑流中水對烷烴類火焰的影響,對污染物控制及火災(zāi)撲救具有重要意義。模擬采用24步簡化機理的有限速率化學反應(yīng)模型、Moss-Brookes煙黑模型及Discrete Ordinates（DO）輻射模型,研究在空氣中加入水對甲烷/空氣層流伴流擴散火焰的影響,其中煙黑模型包括煙黑的成核、表面增長和氧化。結(jié)果表明,伴流空氣中的水蒸氣會降低火焰的溫度、抑制煙黑的生成。這是因為:一方面,水蒸氣降低了甲烷燃燒的溫度,火焰溫度的降低導(dǎo)致化學反應(yīng)速率減慢,煙黑成核和表面生長速率隨之降低,火焰中煙黑質(zhì)量分數(shù)便減少;另一方面,由于水蒸氣的加入使化學反應(yīng)OH+H₂? H+H₂O（R（15））逆向反應(yīng)加速,繼而導(dǎo)致OH生成量增加。但由于氧氣濃度降低使火焰體積增大,OH的濃度降低。從而導(dǎo)致煙黑的氧化速率降低,煙黑生成量增加。由于水蒸氣的化學效應(yīng)小于其溫度效應(yīng),總體上煙黑質(zhì)量分數(shù)降低。最后對比了模擬結(jié)果和試驗結(jié)果。 

【文章來源】：安全與環(huán)境學報. 2017,17(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖１計算區(qū)域和邊界條件的設(shè)置??Ｆｉｇ．?１?Ｓｅｔｕｐｓ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??

２０１７年２月?朱清華，等：水蒸氣對層流甲院／空氣擴散火焰中煙黑生成的影響?Ｆｅｂ．?，?２０１７??１．４輻射模型?溫度略高于模擬溫度；而在火焰外側(cè)，模擬火焰溫度比試驗測??輻射模型采用Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?〇ｒｄｉｎａｔｅｓ（?ＤＯ）模型。火焰輻射吸?量溫度略高。??收系數(shù)為氣體吸收系數(shù)和碳黑吸收系數(shù)之和，氣體的系數(shù)使?由于水蒸氣的定壓熱容較大，在甲烷燃燒的氧化劑流中??用加權(quán)灰色氣體模型（ＷＳＧＧＭ，?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｓｕｍ?ｏｆ?Ｇｒａｙ?Ｇａｓｅｓ?加人水蒸氣可以降低火焰溫度。由圖３可見，隨加人水蒸氣??Ｍｏｄｅｌ）計算；碳黑的吸收系數(shù)采用式（３）計算１１４］。?量增大，火焰峰值溫度呈線性下降，１０％水蒸氣加人時較干燥??ａｓ?＝?ＣＶ?ＪＪ?（３）?空氣溫度降低了?７８?Ｋ；２０％的水蒸氣加入時火焰最高溫度則??式中ａ，為碳黑吸收系數(shù)；系數(shù)＝?１２２５．０；?ｒ為火焰溫?下降了?２１５?Ｋ。??度，ＫＫ為碳黑的體積分數(shù)，可根據(jù)式（４）計算。?２．２?ＯＨ??／ｖ?＝?ｐＹ／ｐ，?（４）?圖４為工況下甲烷燃燒的ＯＨ質(zhì)量分數(shù)分布云圖。從圖??式中ｐ為整體密度，ｋｇ／ｍ３；＾為碳黑質(zhì)量分數(shù)；ｐ，為碳黑顆?４可以看出，蒸氣的加人使０Ｈ質(zhì)量分數(shù)減少，但是０Ｈ質(zhì)量??粒的質(zhì)量密度，�。�?８００．?０?ｋｇ／ｍ３。?分數(shù)總量增加（計算方法與２．?３節(jié)煙黑質(zhì)量分數(shù)總量的計算??１．?５數(shù)值模擬工況?方法相同）。水蒸氣的加人使化學反應(yīng)ＯＨ?＋?Ｈ２?＋?Ｈ２０??表２為氧化劑流中加人不同組分水蒸氣的工況設(shè)置。?表２六種工況下氧化劑流的組分含量??＿?ｍ?（＿、＿ｌ、ａ?Ｔａｂｌｅ?２?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ

２０１７年２月?朱清華，等：水蒸氣對層流甲院／空氣擴散火焰中煙黑生成的影響?Ｆｅｂ．?，?２０１７??１．４輻射模型?溫度略高于模擬溫度；而在火焰外側(cè)，模擬火焰溫度比試驗測??輻射模型采用Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?〇ｒｄｉｎａｔｅｓ（?ＤＯ）模型。火焰輻射吸?量溫度略高。??收系數(shù)為氣體吸收系數(shù)和碳黑吸收系數(shù)之和，氣體的系數(shù)使?由于水蒸氣的定壓熱容較大，在甲烷燃燒的氧化劑流中??用加權(quán)灰色氣體模型（ＷＳＧＧＭ，?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｓｕｍ?ｏｆ?Ｇｒａｙ?Ｇａｓｅｓ?加人水蒸氣可以降低火焰溫度。由圖３可見，隨加人水蒸氣??Ｍｏｄｅｌ）計算；碳黑的吸收系數(shù)采用式（３）計算１１４］。?量增大，火焰峰值溫度呈線性下降，１０％水蒸氣加人時較干燥??ａｓ?＝?ＣＶ?ＪＪ?（３）?空氣溫度降低了?７８?Ｋ；２０％的水蒸氣加入時火焰最高溫度則??式中ａ，為碳黑吸收系數(shù)；系數(shù)＝?１２２５．０；?ｒ為火焰溫?下降了?２１５?Ｋ。??度，ＫＫ為碳黑的體積分數(shù)，可根據(jù)式（４）計算。?２．２?ＯＨ??／ｖ?＝?ｐＹ／ｐ，?（４）?圖４為工況下甲烷燃燒的ＯＨ質(zhì)量分數(shù)分布云圖。從圖??式中ｐ為整體密度，ｋｇ／ｍ３；＾為碳黑質(zhì)量分數(shù)；ｐ，為碳黑顆?４可以看出，蒸氣的加人使０Ｈ質(zhì)量分數(shù)減少，但是０Ｈ質(zhì)量??粒的質(zhì)量密度，�。�?８００．?０?ｋｇ／ｍ３。?分數(shù)總量增加（計算方法與２．?３節(jié)煙黑質(zhì)量分數(shù)總量的計算??１．?５數(shù)值模擬工況?方法相同）。水蒸氣的加人使化學反應(yīng)ＯＨ?＋?Ｈ２?＋?Ｈ２０??表２為氧化劑流中加人不同組分水蒸氣的工況設(shè)置。?表２六種工況下氧化劑流的組分含量??＿?ｍ?（＿、＿ｌ、ａ?Ｔａｂｌｅ?２?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于濃度敏感性分析和遺傳算法的甲烷燃燒機理簡化與優(yōu)化[J]. 董清麗,蔣勇,邱榕.  火災(zāi)科學. 2014(01)



本文編號：2966347