火焰温度诱导火焰加速的机理研究现状

使用分子束质谱(MBMS)火焰取样以及同步辐射真空紫外光电离质谱技术测量了低压富燃条件下DME/O2/Ar预混平面火焰中火焰产物的摩尔分数


刘等[9]在实验的基础上对瓦斯爆炸传播过程中火焰温度和传播速度间的相互关系进行了研究 ,并分析了火焰温度诱导火焰加速的机理。研究结果表明 :火焰温度和传播速度的变化趋势是一致的, 但火焰温度对传播速度的影响较为明显 ,随着温度的升高, 火焰传播速度不断增大。分析认为高温促进甲烷的分解产生更多的自由基 ,且自由基在高温条件下易于扩散 ,反应更为剧烈是火焰加速的诱因。

Li等[10]通过实验研究了氢气添加对乙醇空气层流预混火焰的作用,主要分析了不同情况下的火焰形态、已燃气体 Markstein长度、层流燃烧速度及绝热火焰温度。

   刘等人[1]通过从贫燃料到富燃料条件的综合数值分析,研究了添加CO2对预混合层状低压二甲醚和乙醇火焰的化学影响。CO2添加的稀释和热效应仅能降低了乙醇火焰中的C2H2摩尔分数,但是化学效应可以在所有当量比的情况下减少DME和乙醇火焰中的C2H2摩尔分数,这表明CO2添加可以通过化学方式抑制C2H2的形成。化学效应对DME和乙醇火焰中的甲醛形成仅具有很微弱的影响。CO2化学效应仅导致DME火焰中乙醛峰值摩尔分数的轻微降低,但是在所有当量比的情况下乙醇火焰中的乙醛峰值摩尔分数并没有得到降低。H自由基团的摩尔分数由于CO + OH = CO2 + H的平衡而增加,但由CO2产生的化学效应而减少,在加入的CO2在1.5的当量比下在富含条件下才会增强OH和O自由基的产生。

   冉难等人[8]在同混合比率及不同当量比的乙醇/氢气/空气火焰进行数值模拟,重点研究了火焰厚度、化学反应滞留时间和组分浓度的影响。主要结论如下:(1)点火延迟时间随温度升高而逐渐减小,并且随着温度的升高,混合比率对点火延迟时间的影响逐渐减小。添加氢气能够在很大程度上缩短混合气 体的点火延迟时间,并且当温度低1300k时,氢气含量越高,其对点火延迟现象的作用越明显,能够 促进混合气体的点火进程。(2)添加氢气能够提高混合气体的层流燃烧速 度,并且在当量比大于0.7流燃烧速度影响 较大,当混合比率大于0.4对层流燃烧速度的 增大作用显著。(3)氢气含量的增加使温度梯度增大,导致火焰 厚度及化学反应滞留时间减小。(4)氢气添加提高了火焰中H、O和OH自由基摩尔分数,经过对主要相关反应的详细分析可以知道,氢气添加能够促进相关化学反应的进行,是导致层流燃烧速度升高的重要因素,H,O,OH基团摩尔分数峰值与层流燃烧速度之间存在线性关系。

   Golea等人[11-13]研究了在预混合的富燃料低压乙烯火焰中乙醇添加的作用,在预混合的富燃料低压乙烯火焰中乙醇添加对小PAHs前体,醛,乙烯酮和其它重要中间物种的影响的不同方面区分添加剂的稀释,热和化学效应。进行动力学分析以理解每种效应如何影响乙烯火焰的燃烧化学。此外,强调了每种物种的乙醇添加的主导和负责的影响。可以得到以下主要结论:

(1)当在火焰中加入乙醇时,C2H4氧化过程被延迟。 乙醇稀释和热效应的影响比C2H4氧化比化学效应更大。

(2)CO摩尔分数略有下降主要是由乙醇加入的稀释和热效应引起的。

(3)当用乙醇代替乙烯时,C2H2,C2H6,C3H3,C4H2和C4H4浓度都降低,这归因于乙醇稀释和热效应,而不是化学效应。乙醇稀释和热效应在减少小的PAH前体C2H2和C3H3中起主要作用。

   这与来自参考文献的苯/乙醇火焰中的发现非常一致。

   刘等人[14]通过数值动力学分析研究了氢添加对DME火焰的化学影响。氢添加对主要物质,中间物质和自由基的化学影响可以从稀释和热效应清楚地分离。加氢的化学效应可促进DME的氧化并使DME面向上游侧移动。在DME火焰中的氢添加还可以通过化学效应以及稀释和热效应抑制C2H2和C2H4的产生。虽然通过加氢的化学效应促进CH2O的产生,但是可以降低CH2O的摩尔分数的稀释和热效应占主导,这导致总CH2O摩尔分数降低。H,OH和O基团的总摩尔分数由于氢添加化学效应占主导而增加,即使稀释和热效应使这些基团的摩尔分数降低。