乙烯和乙烯-乙醇同向流擴(kuò)散火焰的動(dòng)力學(xué)模型研究.pdf

1、擴(kuò)散火焰是實(shí)際燃燒設(shè)備中的主要燃燒方式之一，相比于預(yù)混火焰，擴(kuò)散火焰中更易生成多環(huán)芳烴和碳煙，以擴(kuò)散燃燒為主的燃燒設(shè)備是碳煙排放的主要來(lái)源。軸對(duì)稱(chēng)同向流擴(kuò)散火焰具有相對(duì)簡(jiǎn)單的二維結(jié)構(gòu)，便于開(kāi)展化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的耦合研究。本論文利用LaminarSMOKE程序結(jié)合詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型數(shù)值模擬了乙烯和乙烯/乙醇同向流擴(kuò)散火焰，探討了火焰中芳烴形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
　　乙烯是很多實(shí)用燃料的重要組分，也是眾多大質(zhì)量

2、碳?xì)淙剂系闹匾紵虚g體。由于其分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且包含不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)，乙烯是研究多環(huán)芳烴和碳煙生成機(jī)理的典型燃料之一。為了準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)乙烯擴(kuò)散火焰中燃料的分解和芳烴的生成過(guò)程，本論文在本組先前發(fā)表的芳烴反應(yīng)模型和丁烯異構(gòu)體熱解模型的基礎(chǔ)上發(fā)展了一個(gè)包含芳烴生成子機(jī)理的詳細(xì)乙烯燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，利用LaminarSMOKE程序?qū)ξ墨I(xiàn)乙烯同向流擴(kuò)散火焰進(jìn)行了數(shù)值模擬。基于模擬結(jié)果的生成速率分析(ROP)顯示，燃料的消耗主要是通過(guò)H提取反應(yīng)生成乙

3、烯基(C2H3)以及單分子解離反應(yīng)生成H2CC和氫氣;火焰中芳烴的生成起始于由乙烯復(fù)合反應(yīng)生成的炔丙基(C3H3): C2H4→1，3-C4H6→1，2-C4H6→C3H3→C6H6。苯的主要分解產(chǎn)物——苯基(C6H5)的后續(xù)系列氫提取碳加成(HACA)路徑則是萘這一最重要的雙環(huán)芳烴的主要來(lái)源:C6H6→C6H5→C6H5C2H→C6H4C2H→C6H4(C2H)2→C10H7→C10H8。
　　乙醇是目前最常用的生物燃料之一，可

4、作為汽油的替代燃料或者燃料添加劑。在乙烯/乙醇擴(kuò)散火焰的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，乙醇的少量添加會(huì)增加芳烴和碳煙的排放。本論文中，在乙烯燃燒模型的基礎(chǔ)上，添加了乙醇反應(yīng)的子機(jī)理，發(fā)展了乙烯/乙醇混合燃料的燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，利用LaminarSMOKE程序數(shù)值模擬了文獻(xiàn)中的乙烯/乙醇同向流擴(kuò)散火焰。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較表明模型能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)火焰中乙醇添加對(duì)火焰結(jié)構(gòu)和火焰主要中間體濃度的影響。在摻混比β=QC2H6O/QC2H4=0.1為情況下，摻混火焰

5、中的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)基本不變，火焰中間體濃度的變化主要是由于摻混乙醇的化學(xué)效應(yīng)引起的。ROP分析結(jié)果顯示，乙醇主要是沿著兩條路徑消耗的，一是脫水生成乙烯，另外則是生成甲基和CO。甲基的大量生成促進(jìn)了丙炔和丙二烯(C3H4同分異構(gòu)體)大量生成，進(jìn)而改變了炔丙基這一重要自由基的主要生成路徑。和純乙烯火焰相比，乙醇摻混的乙烯火焰中，炔丙基的主要生成路徑由原來(lái)的C2H4→1，3-C4H6→1，2-C4H6→C3H3變成了C2H4→C2H2→C3H