水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响
发布时间：2021-01-09 08:54
空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates（DO）辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H2? H+H2O（R（15））逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。
【文章来源】：安全与环境学报. 2017,17(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１计算区域和边界条件的设置??Ｆｉｇ．?１?Ｓｅｔｕｐｓ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??
２０１７年２月?朱清华，等：水蒸气对层流甲院／空气扩散火焰中烟黑生成的影响?Ｆｅｂ．?，?２０１７??１．４辐射模型?温度略高于模拟温度；而在火焰外侧，模拟火焰温度比试验测??辐射模型采用Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?〇ｒｄｉｎａｔｅｓ（?ＤＯ）模型。火焰辐射吸?量温度略高。??收系数为气体吸收系数和碳黑吸收系数之和，气体的系数使?由于水蒸气的定压热容较大，在甲烷燃烧的氧化剂流中??用加权灰色气体模型（ＷＳＧＧＭ，?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｓｕｍ?ｏｆ?Ｇｒａｙ?Ｇａｓｅｓ?加人水蒸气可以降低火焰温度。由图３可见，随加人水蒸气??Ｍｏｄｅｌ）计算；碳黑的吸收系数采用式（３）计算１１４］。?量增大，火焰峰值温度呈线性下降，１０％水蒸气加人时较干燥??ａｓ?＝?ＣＶ?ＪＪ?（３）?空气温度降低了?７８?Ｋ；２０％的水蒸气加入时火焰最高温度则??式中ａ，为碳黑吸收系数；系数＝?１２２５．０；?ｒ为火焰温?下降了?２１５?Ｋ。??度，ＫＫ为碳黑的体积分数，可根据式（４）计算。?２．２?ＯＨ??／ｖ?＝?ｐＹ／ｐ，?（４）?图４为工况下甲烷燃烧的ＯＨ质量分数分布云图。从图??式中ｐ为整体密度，ｋｇ／ｍ３；＾为碳黑质量分数；ｐ，为碳黑颗?４可以看出，蒸气的加人使０Ｈ质量分数减少，但是０Ｈ质量??粒的质量密度，取１?８００．?０?ｋｇ／ｍ３。?分数总量增加（计算方法与２．?３节烟黑质量分数总量的计算??１．?５数值模拟工况?方法相同）。水蒸气的加人使化学反应ＯＨ?＋?Ｈ２?＋?Ｈ２０??表２为氧化剂流中加人不同组分水蒸气的工况设置。?表２六种工况下氧化剂流的组分含量??＿?ｍ?（＿、＿ｌ、ａ?Ｔａｂｌｅ?２?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
２０１７年２月?朱清华，等：水蒸气对层流甲院／空气扩散火焰中烟黑生成的影响?Ｆｅｂ．?，?２０１７??１．４辐射模型?温度略高于模拟温度；而在火焰外侧，模拟火焰温度比试验测??辐射模型采用Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?〇ｒｄｉｎａｔｅｓ（?ＤＯ）模型。火焰辐射吸?量温度略高。??收系数为气体吸收系数和碳黑吸收系数之和，气体的系数使?由于水蒸气的定压热容较大，在甲烷燃烧的氧化剂流中??用加权灰色气体模型（ＷＳＧＧＭ，?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｓｕｍ?ｏｆ?Ｇｒａｙ?Ｇａｓｅｓ?加人水蒸气可以降低火焰温度。由图３可见，随加人水蒸气??Ｍｏｄｅｌ）计算；碳黑的吸收系数采用式（３）计算１１４］。?量增大，火焰峰值温度呈线性下降，１０％水蒸气加人时较干燥??ａｓ?＝?ＣＶ?ＪＪ?（３）?空气温度降低了?７８?Ｋ；２０％的水蒸气加入时火焰最高温度则??式中ａ，为碳黑吸收系数；系数＝?１２２５．０；?ｒ为火焰温?下降了?２１５?Ｋ。??度，ＫＫ为碳黑的体积分数，可根据式（４）计算。?２．２?ＯＨ??／ｖ?＝?ｐＹ／ｐ，?（４）?图４为工况下甲烷燃烧的ＯＨ质量分数分布云图。从图??式中ｐ为整体密度，ｋｇ／ｍ３；＾为碳黑质量分数；ｐ，为碳黑颗?４可以看出，蒸气的加人使０Ｈ质量分数减少，但是０Ｈ质量??粒的质量密度，取１?８００．?０?ｋｇ／ｍ３。?分数总量增加（计算方法与２．?３节烟黑质量分数总量的计算??１．?５数值模拟工况?方法相同）。水蒸气的加人使化学反应ＯＨ?＋?Ｈ２?＋?Ｈ２０??表２为氧化剂流中加人不同组分水蒸气的工况设置。?表２六种工况下氧化剂流的组分含量??＿?ｍ?（＿、＿ｌ、ａ?Ｔａｂｌｅ?２?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于浓度敏感性分析和遗传算法的甲烷燃烧机理简化与优化[J]. 董清丽,蒋勇,邱榕. 火灾科学. 2014(01)
本文编号：2966347
【文章来源】：安全与环境学报. 2017,17(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１计算区域和边界条件的设置??Ｆｉｇ．?１?Ｓｅｔｕｐｓ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??
２０１７年２月?朱清华，等：水蒸气对层流甲院／空气扩散火焰中烟黑生成的影响?Ｆｅｂ．?，?２０１７??１．４辐射模型?温度略高于模拟温度；而在火焰外侧，模拟火焰温度比试验测??辐射模型采用Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?〇ｒｄｉｎａｔｅｓ（?ＤＯ）模型。火焰辐射吸?量温度略高。??收系数为气体吸收系数和碳黑吸收系数之和，气体的系数使?由于水蒸气的定压热容较大，在甲烷燃烧的氧化剂流中??用加权灰色气体模型（ＷＳＧＧＭ，?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｓｕｍ?ｏｆ?Ｇｒａｙ?Ｇａｓｅｓ?加人水蒸气可以降低火焰温度。由图３可见，随加人水蒸气??Ｍｏｄｅｌ）计算；碳黑的吸收系数采用式（３）计算１１４］。?量增大，火焰峰值温度呈线性下降，１０％水蒸气加人时较干燥??ａｓ?＝?ＣＶ?ＪＪ?（３）?空气温度降低了?７８?Ｋ；２０％的水蒸气加入时火焰最高温度则??式中ａ，为碳黑吸收系数；系数＝?１２２５．０；?ｒ为火焰温?下降了?２１５?Ｋ。??度，ＫＫ为碳黑的体积分数，可根据式（４）计算。?２．２?ＯＨ??／ｖ?＝?ｐＹ／ｐ，?（４）?图４为工况下甲烷燃烧的ＯＨ质量分数分布云图。从图??式中ｐ为整体密度，ｋｇ／ｍ３；＾为碳黑质量分数；ｐ，为碳黑颗?４可以看出，蒸气的加人使０Ｈ质量分数减少，但是０Ｈ质量??粒的质量密度，取１?８００．?０?ｋｇ／ｍ３。?分数总量增加（计算方法与２．?３节烟黑质量分数总量的计算??１．?５数值模拟工况?方法相同）。水蒸气的加人使化学反应ＯＨ?＋?Ｈ２?＋?Ｈ２０??表２为氧化剂流中加人不同组分水蒸气的工况设置。?表２六种工况下氧化剂流的组分含量??＿?ｍ?（＿、＿ｌ、ａ?Ｔａｂｌｅ?２?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
２０１７年２月?朱清华，等：水蒸气对层流甲院／空气扩散火焰中烟黑生成的影响?Ｆｅｂ．?，?２０１７??１．４辐射模型?温度略高于模拟温度；而在火焰外侧，模拟火焰温度比试验测??辐射模型采用Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?〇ｒｄｉｎａｔｅｓ（?ＤＯ）模型。火焰辐射吸?量温度略高。??收系数为气体吸收系数和碳黑吸收系数之和，气体的系数使?由于水蒸气的定压热容较大，在甲烷燃烧的氧化剂流中??用加权灰色气体模型（ＷＳＧＧＭ，?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｓｕｍ?ｏｆ?Ｇｒａｙ?Ｇａｓｅｓ?加人水蒸气可以降低火焰温度。由图３可见，随加人水蒸气??Ｍｏｄｅｌ）计算；碳黑的吸收系数采用式（３）计算１１４］。?量增大，火焰峰值温度呈线性下降，１０％水蒸气加人时较干燥??ａｓ?＝?ＣＶ?ＪＪ?（３）?空气温度降低了?７８?Ｋ；２０％的水蒸气加入时火焰最高温度则??式中ａ，为碳黑吸收系数；系数＝?１２２５．０；?ｒ为火焰温?下降了?２１５?Ｋ。??度，ＫＫ为碳黑的体积分数，可根据式（４）计算。?２．２?ＯＨ??／ｖ?＝?ｐＹ／ｐ，?（４）?图４为工况下甲烷燃烧的ＯＨ质量分数分布云图。从图??式中ｐ为整体密度，ｋｇ／ｍ３；＾为碳黑质量分数；ｐ，为碳黑颗?４可以看出，蒸气的加人使０Ｈ质量分数减少，但是０Ｈ质量??粒的质量密度，取１?８００．?０?ｋｇ／ｍ３。?分数总量增加（计算方法与２．?３节烟黑质量分数总量的计算??１．?５数值模拟工况?方法相同）。水蒸气的加人使化学反应ＯＨ?＋?Ｈ２?＋?Ｈ２０??表２为氧化剂流中加人不同组分水蒸气的工况设置。?表２六种工况下氧化剂流的组分含量??＿?ｍ?（＿、＿ｌ、ａ?Ｔａｂｌｅ?２?Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于浓度敏感性分析和遗传算法的甲烷燃烧机理简化与优化[J]. 董清丽,蒋勇,邱榕. 火灾科学. 2014(01)
本文编号：2966347
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