本研作品-工學(xué)院創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目結(jié)題案例

“創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃”資助項(xiàng)目結(jié)題案（由項(xiàng)目負(fù)責(zé)學(xué)生在項(xiàng)目完成后撰寫，每個(gè)項(xiàng)目提交一份1）案例特點(diǎn)鮮明，有一定可借鑒性；2）內(nèi)容詳實(shí)，真實(shí)有據(jù)；3）文稿、提供（號(hào)院（系男姓名院（系男（）新型替代和高性能燃燒器的重要研究。然而，化學(xué)反應(yīng)流涉及的廣泛時(shí)空度和復(fù)雜物理化學(xué)過程給其數(shù)值模擬帶來了巨大的。目前，實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)流的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的引入會(huì)給化學(xué)反應(yīng)流的數(shù)值模擬帶來巨大的。一方面，由于不度，從而導(dǎo)致計(jì)算量的急劇增加。另一方面，隨著所含碳原子數(shù)目的增加，其（）項(xiàng)目選題的背景（除選題意義以外，應(yīng)著重說明學(xué)生對(duì)該項(xiàng)目的自主所在和原在該項(xiàng)目上所積累的實(shí)踐基礎(chǔ)和知識(shí)基礎(chǔ)，400本項(xiàng)目將研究傳統(tǒng)和生物質(zhì)燃燒涉及的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程，將采用反路徑分析與敏感性分析方法來研究碳?xì)涞膹?fù)雜化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，發(fā)展化學(xué)反應(yīng)特項(xiàng)目成員的組成、特長(zhǎng)、分工及成員間相互協(xié)調(diào)配合的情況，導(dǎo)師指導(dǎo)情況（400本項(xiàng)目是在陳正老師的指導(dǎo)下的個(gè)人獨(dú)立完成的項(xiàng)目，工作量見部分。在研加有針對(duì)性和目的性。同時(shí)，燃燒的師兄師姐也對(duì)我的工作開展和進(jìn)行給予了項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)與特色（包括使用了什么樣的創(chuàng)新方法、、項(xiàng)目的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值等，600）第一部分工作對(duì)詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。以甲烷的燃燒過程為例調(diào)研了詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的簡(jiǎn)化過程，并利用理論分析推導(dǎo)了甲烷燃燒的層流火焰速度模型。隨后，結(jié)合甲烷在實(shí)際應(yīng)用中摻混氫氣的事實(shí)，利用對(duì)燃燒化學(xué)反應(yīng)起始溫度(轉(zhuǎn)換溫度)的擬合公式建立了甲烷/氫氣混合的層流火焰速度模型。與PREMIX10%的火焰速度預(yù)測(cè)，尤其是在內(nèi)燃機(jī)燃燒室中的高溫高壓工況。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的湍流模擬，火焰速度需要作為初始參數(shù)值，利用本文公式將大大縮短計(jì)算火焰速度的時(shí)間。第二部分的工作對(duì)雙組份的球形火焰過程進(jìn)行了研究。通過采用大活化項(xiàng)目實(shí)施的進(jìn)展情況及初步取得的創(chuàng)新成果（1000成果形成了，已被在“2015年中國(guó)工程熱物理燃燒年會(huì)”錄取。將于10月項(xiàng)目實(shí)施過程中的收獲與體會(huì)（1500方式。感謝陳正老師對(duì)我的諄諄教誨，感謝的師兄師姐們對(duì)我的幫助和支持，項(xiàng)目成果材料（包括總結(jié)報(bào)告、、實(shí)物、軟件、圖紙、獲獎(jiǎng)等，請(qǐng)將項(xiàng)目成 總結(jié)報(bào)告(主要包括兩部分工作，分別為對(duì)于雙組份球形火焰過程的理論分析和對(duì)于甲烷/氫氣混合的層流火焰速度建模)碳?xì)淙紵膹?fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程分第一部分：甲烷/氫氣混合的層流火焰速度模工學(xué)院2012：甲烷/氫氣混合；簡(jiǎn)化化學(xué)反應(yīng)機(jī)理；層流火焰速度；漸近理論分前碳?xì)淙豢梢詫?duì)火焰常常造成大量的污染物排放且效率一般；另一方面，傳統(tǒng)化石的資源有限而人類之外尋找新燃本文的研究目標(biāo)為綜合利用多種化學(xué)反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)化的方法對(duì)原有復(fù)雜機(jī)理進(jìn)行建立并分析甲烷燃燒的層流火焰速度模型。本文首先介紹化學(xué)反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)化的方法，出甲烷燃燒的層流火焰說速度模型；最后為對(duì)該模型進(jìn)行了分析與討論甲烷簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)敏感性分S=ci/kj/k

k

ln

Skjjci表示第i18個(gè)反應(yīng)的初步機(jī)理(1)（只考慮高溫、貧燃的工況，因而只討論含單個(gè)碳的中間產(chǎn)物。118 CO26）H系統(tǒng) H+HO2OH+OHH+HO2H2+O2OH+HO2CH4+HCH32）生CH3+OCH2O+HCH2O+OH4）CO生CHO+H5）CO2生準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)近根據(jù)物種和能量守恒關(guān)系列出控制方程LY

dYi d

dYiW

uL ikLeidx

dx

kLT

dT

dT

uL ldx

dx

cplrLYiikrk

式中Yi代表物質(zhì)i的質(zhì)量摩爾分?jǐn)?shù)Yi為對(duì)應(yīng)的物質(zhì)的摩爾百分比；Wi為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量；u是未燃?xì)怏w的密度。wk為化學(xué)反應(yīng)k的反應(yīng)速率，為化學(xué)反應(yīng)中各物sL和Lei分別為層流火焰速度和物質(zhì)的路易斯數(shù)。LYCH4w1w2LYCO2w9LYCH3w1w2w3LYCH2Ow3w4w5LYCHOw4w5w6w7w8LYH2w1w4w6w11w12LYOw3w10w11

LYH w6w7w9w10w11w12w14w15w16w17步，因而設(shè)法去掉快反應(yīng)是一種重要的簡(jiǎn)化方式。一般地，通過對(duì)反應(yīng)速率的估R3，R4R，R1，R2，17。對(duì)原方程組進(jìn)行組R5，R13R18（3）簡(jiǎn)化為（4：LYCH4wILYCO2wIILYO2wIVLYH2OwIwII2wIVLYH2wI2wIII2wIVLYH24wIwIIwIII3wIV

（4.（4.（4.（4.（4.（4.（4.爾百分?jǐn)?shù)(2)1%的物種進(jìn)行穩(wěn)態(tài)近似(這種情2HO即穩(wěn)態(tài)近似的物種有：OH,O,CH2O,CHO,HO2,CH3這六種組分采用穩(wěn)態(tài)近似，令（3）中個(gè)各物種對(duì)應(yīng)表達(dá)式左端的算子值為0，即可得到六個(gè)約束方程，再與方程組（4）wi:wIIw9wIIIw6w8w14

（5.（5.（5.

（5.CH42H COCO CO2HH H2

O2同時(shí)可以寫出速率表達(dá)式

局部平

w1k1CH4Hw2k2CH4OHw6k6CHOHw8k8CHOO2w9k9fCOOHk9bCO2Hw10k10fO2Hk10bOHO

（6.（6.（6.（6.（6.（6.（6.（6.（6.HO2/CHO/OH/O進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化。對(duì)于HO2和CHO兩種穩(wěn)態(tài)近似物，利用其生成與消耗速率的等式關(guān)系可以寫出其表達(dá)式；而對(duì)于OH和O兩種穩(wěn)態(tài)近似物，上述方法涉及反應(yīng)較多，增加了各穩(wěn)態(tài)近似成k8CH4O2k14

（7.k6CH4Hk7

OH

H2OH2H2H

（7.（7.O

（7.H

H2K 11

（8.w2

H2

CH4

（8.k 2k 2H2OH2

HkMk

（8. k 2k 2H2OH2

HkMk

（8. k9

Kw9K

H

H2

（8.w

HO

H2H

（8.2 2

10K w14k14K

（8.w

H

（8. H

（8.H23CH4I:CH4 AI:CH4 A1:CH4HCH3IV:O2H2A9:CO CO2A14:HO2MHO2A10:HOHwIw1wIIw9wIIIwIV（9

wIk1CH4

（9.k9

H

k9wII HCOH2O

k

CO2H2,KIIk

（9. 2

9 9b

9bwIIIk14HO2

（9.H

2

KK

OH

HHO,

10 11

（9.2 10f2

KKK2 111210

漸近理論分四步反應(yīng)到三步反應(yīng)的簡(jiǎn)首先引入HHH

wI

H32

1HK12

114M 4

10 H 10

O102將反應(yīng)IV分別加在反應(yīng)I和反應(yīng)III102 ':CH+O=CO+H+H ':CO+H ':OH 三步反應(yīng)到兩步反應(yīng)的簡(jiǎn)

II知（K為反應(yīng)的平衡常數(shù)T T K假設(shè)COH2，則由(12) CO2 CO2 H2OK'T在下面的速率方程組中將反應(yīng)IILYH2OLYCO2wIIILYCO2LYCOwI

（14.（14.（14.（14.（14.根據(jù)大活化能假設(shè)，火焰的反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)度較小，L算子中二階求導(dǎo)的擴(kuò)散項(xiàng)占主導(dǎo)X

；x

Xi；T1T

；x1

xcp

T

uL0CH4ulw1l

44

；Q1

44

c

cTTp

1LeH21

1代入上面的方程組中可以解出各組分的表達(dá)式d2 1dx1d2 1dx1d2

I w1I ww

（16.（16. dx

1

（16. d2

1 1w w

（16.dx 1

d2 H2O 1w1

（16.dx 1 1 d2

1

1w1 1

（16.dx 1 1 同時(shí)通過簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算得到表達(dá)式2 12

（17.dx2

O22 x 242dx242

xH

（17.2 x 242dx242

（17.d22

1qCOxHxCHT1

（17.dx

其中

1 1 Q 同樣地，按（17）I2:CH+O 2H+αCO

2α1HO+1-α1 2

2III2:O2

H2+α1CO

漸近理論分1火焰結(jié)構(gòu)示意圖0I的速率表達(dá)式中的[H] 1w1Da

1CH4

（18. ICH4 2 K X

1Da

（18. 2s2

CH4u k10fXO

（18.

結(jié)合方程（17.1）

y 4

（18.d22

Day1y1

一是在貧和反應(yīng)I不可逆的前提下，反應(yīng)區(qū)的下游段被完全消耗，即I,yI

4xCH41expLeCH4x1LeCH444

x1,x1

y1,1，此區(qū)域 沒有反應(yīng)。匹配條件 濃度曲線的斜率相同，y1,

1,

I2I

8

I0（0x1=0的鄰域發(fā)生，因而需要在x1=0的鄰域內(nèi)進(jìn)行分析求解。定義新的變量并結(jié)合上面關(guān)于各組分：1xH211T1

（24.（24.O O

（24.

3

（25. M1.6

（25.2

K

12

M

H2

（25. 2s2

2513

q4u

p0

（17.

w1

,

d2

DaIII

1

一是反應(yīng)III的不可逆性和貧條件使得下游完全反應(yīng)，即,z

1

4

4

1 2

20

dxH20

0,

212214z2140甲烷火焰速度求0

z214,

2（24（26.2（26.3（28）k2k10

T0

kT0kT0/RT0 從中獲得T0后代入化簡(jiǎn)出的關(guān)于火焰速度的表達(dá)式就可以估算出相應(yīng)數(shù)值k

12

22

0s2

10

CH4

0

Tu

T

q4

251

3

T0TT

p0

模型檢驗(yàn)和甲烷火焰速度公按照上面的模型推導(dǎo)得到的甲烷火 速度公式可以表達(dá)TTT0sY

AT0u

CH4

T TpPT0

u

其中AT0PT0均為未知函數(shù)，但考慮到公式與反應(yīng)速率有關(guān)，結(jié)合化學(xué)動(dòng)力中的阿侖尼烏斯方程可以用下式表達(dá)mnBEFGAT0FexpG/T0

PT0BexpE/T0表

BEFGmn-圖2甲烷燃燒火焰速度與當(dāng)量比的關(guān)系[1]甲烷氫氣混合氣體的火焰速度模模型的建以往的用于混合氣體層流火焰速度預(yù)測(cè)模型為[4,5]：保持T0不變，對(duì)式（35）應(yīng)區(qū)的特征溫度T0T0p的函數(shù)是相當(dāng)粗略的近似[8]T0將修正后的T0表達(dá)式代入（35）PREMIX（35,36）進(jìn)行擬合得到T0wp，氫氣摩爾百分含量w和當(dāng)量比的表達(dá)式：T0wT0

1

0.0510.0015lnp

00480035

這模方式考慮到了內(nèi)部反應(yīng)區(qū)轉(zhuǎn)換溫度在不同工況下的變化將修正后的(39)與式(35)模型的驗(yàn)首先對(duì)式（39）進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)純甲烷的計(jì)算結(jié)果，T0的實(shí)際變化趨勢(shì)是隨壓和當(dāng)量比的增加而不斷增大[8]，3（39）式計(jì)算出的純甲烷的T0隨當(dāng)p的變化示意圖。從圖中看出（39）式基本描繪出了這一趨勢(shì)。

31T（39e.g.，整個(gè)反應(yīng)60%以上時(shí)，主導(dǎo)機(jī)理發(fā)生了改變，僅調(diào)整T0不圖4所示為298K下對(duì)模型計(jì)算的檢驗(yàn)結(jié)果模型在這些工況的擬合程度較好。同時(shí)，為了考慮實(shí)際應(yīng)用中高溫、高壓對(duì)這一混合燃燒特性的影響，計(jì)算了Tu600K,p1020atm工況下，模型預(yù)測(cè)的層流火焰速度。如圖6，描述了當(dāng)量比為1時(shí)不同初始溫度下壓強(qiáng)分別為1020atm的擬合情況450K左右及以下模擬的變大。600K時(shí)的誤差雖然可以接受，但可以預(yù)見的是，對(duì)于更高溫度的燃燒過程。模型需要的修正。圖7反應(yīng)的是當(dāng)量比不同時(shí)高溫高壓的燃燒情況，從圖中來8對(duì)眾多工況下模型值與PREMIX計(jì)算值的偏差進(jìn)行了計(jì)算，從圖像上看，絕大多數(shù)工況下的結(jié)果預(yù)測(cè)值與PREMIX10%左右，考慮到298K~600K0.8~1.20.8~20atm的區(qū)間內(nèi)。 Tu=298K;=SuSu 10atm0 4不同壓強(qiáng)下層流火焰速度與氫氣體積百分含量的關(guān)系（1，2，5，10，20atm；1298KPREMIX）TuTu=298K;p=SuSu 298K2atmPREMIX的結(jié)果，實(shí)線和圓形是模型預(yù)測(cè)的結(jié)果）

(a)=1.0;p=

(b)=(b)=1.0;p=SuSSuSu 423K 298K0

6TuTu=600K;=SuSu0 圖7高溫高壓下混合氣體的層流火焰速度與當(dāng)量比的關(guān)系（壓強(qiáng)分別為10，20atm；初始溫度DashedDashed:10%SuSubypresentmodel0 SubyPREMIX8PREMIX總結(jié)及展烷火焰速度數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建將四步反應(yīng)簡(jiǎn)化到兩步并通過簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算計(jì)算出甲烷火焰速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式這一表達(dá)式的優(yōu)點(diǎn)在于給出了火焰速度的顯加精確的結(jié)果還需要一定的改進(jìn)（比如（35）中計(jì)算T0沒有考慮當(dāng)量比等的影響路不同于以往[4,5]反應(yīng)區(qū)的特征溫度T0T0多種工況下PREMIX的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)在初始溫度298-600K，當(dāng)量比0.8-1.210-20atm參考文Peters,N.,andF.A.Williams."TheasymptoticstructureofstoichiometricMethane-Airflames."CombustionandFlame68.2(1987):185-207.Peters,N."Numericalandasymptoticysisofsystematicallyreducedreactionschemesforhydrocarbonflames."Numericalsimulationofcombustionphenomena.SpringerBerlinHeidelberg,1985.90-109.G?ttgens,J.,F.Mauss,andN.Peters."yticapproximationsofburningvelocitiesandflamethicknessesofleanhydrogen,methane,ethylene,ethane,acetylene,andpropaneflames."Symposium(International)onCombustion.Vol.24.No.1.Elsevier,1992.Zhang,Y.,etal."AmixingmodelforlaminarflamespeedcalculationofleanH2/CO/airmixturesbasedonasymptoticyses."Fuel134(2014):400-405.Chen,Zheng,etal."Amodelforthelaminarflamespeedofbinaryfuelblendsandapplicationtomethane/hydrogenmixtures."InternationalJournalofHydrogenEnergy37(2012):10390–10396.Karim,G.A.,I.Wierzba,andY.Al-Alousi."Methane-hydrogenmixturesasfuels."InternationalJournalofHydrogenEnergy21.7(1996):625-631.Akansu,S.Orhan,etal."Internalcombustionenginesfueledbynaturalgas—hydrogenmixtures."InternationalJournalofHydrogenEnergy29.14(2004):1527-1539.Seshadri,K.,andJ.G?ttgens."Structureoftheoxidationlayerforstoichiometricandleanmethane-airflames."ReducedKineticMechanismsandAsymptoticApproximationsforMethane-AirFlames.SpringerBerlinHeidelberg,1991.111-136.碳?xì)淙紵膹?fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程分第二部分：雙組分球形火焰的燃燒特性研：本文系統(tǒng)研究了雙組份球形火焰的燃燒特性，以大活化能漸近理論作為理論基礎(chǔ)建立了描述雙組份球形火焰燃燒和的數(shù)學(xué)模型通過對(duì)模型方程進(jìn)行：雙組份；球形火焰；漸近理論；燃燒特前作者所知，有關(guān)混合的理論研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展[1]。已有一些了解[2]，雙組份混合的球形火焰過程還沒有被深入地探討。為雙組份的燃燒過程建立球形火焰模型對(duì)于基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都有重要意義。本文的研究目標(biāo)是結(jié)合雙組分混合平面火焰的燃燒特性研究方法[3]和球形火焰過程的研究方法，建立雙組份混合的球形火焰模型并利用大活化能漸近理論推導(dǎo)出球形火焰過程中混合各種參數(shù)對(duì)于燃燒過程的影響,從而對(duì)燃數(shù)學(xué)模AP;B由化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的質(zhì)量作用定律得到兩 的化學(xué)反應(yīng)速率為

wY

expEA

A

R0T wY

expEB

B R0T 其中wi,Yi,Bi,Ei,R0,,T分別為對(duì)應(yīng)某種 CTr2Tq

q

p r2r r

A B Y r2YA

r2 r r

r2YB

r2 r r rRt/

UdT

R2dTq

q

2d

d

A B

/d

2dYU A

R

R

d

d

/d

2dYU B

R

R

d

d 其中UdRt/dt為火焰 速度漸近理論在大活化能假設(shè)下，按照（1）的結(jié)構(gòu)，將火焰結(jié)構(gòu)分為預(yù)熱區(qū)（0應(yīng)區(qū)（0附近）和平衡區(qū)（R0。大活化能的假設(shè)下，化學(xué)反應(yīng)只有在足夠圖1在貧假設(shè)下反應(yīng)后所有的都被完全消耗因而可認(rèn)為反應(yīng)區(qū)外的溫度R,dT0,dYA0,dYB

,TTu,YAYA,u,YB

其中Tu，YA,u，YB,u分別為未燃混合氣體的溫度和A,B兩種初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)預(yù)熱區(qū)UdT

R2dT

2d

d

/d

2dY U A

R

R

d

d D

/d

2dY U B

R

R

d

dTTTTYYYYY TTY Y

dT/ddY/ddY/d

T()T

s2eUs/dsC

s2eUs/

1 2Y()

s2eUs/DAds

s2eUs/DA

3

4Y()

s2eUs/DBds

s2eUs/DB

5

6ipCi1,2,3,4,5,6是積分常數(shù)并且ip平衡區(qū)

為熱擴(kuò)散系數(shù)到如下的方程，其中Tb是混合燃燒后的溫度。

邊界匹配關(guān)系

X

/

Tin(X)01(X)YA,in(X)01(X)YB,in(X)01(X)

X

(X)

X

T(X)

1

00

(X)

Y(X)

BXB

X X

(X)

X

Y(X)

0

AXA

/dX

X

d1()/dX

X

/dX

X

dY/

d1()/dX

X

/dX

X

dY/

d1()/dX

BBT(X)T

s2eUs/ds(XCR2eUR/

s2eUs/

1 2Y(X)

Cs2eUs/DAds(XCR2eUR/DA

s2eUs/DA

3

4Y(X)

Cs2eUs/DBds(XCR2eUR/DB

s2eUs/DB

3

C1

Tu)

3s2eUs/R

4

C3YA,u

s2eUs/DAR

C5YB,u

s2eUs/DBR

1()1()

1 d

(TT)R2eUR d

s2eUs/R R2eUR/

A,u

s2eUs/DAdsd

R2eUR/ B,u

化學(xué)反應(yīng)區(qū)

s2eUs/DBdsd 1AqABqBdX

d(D)A 1AdX d(D)B 1BdX聯(lián)立消去化學(xué)反應(yīng)項(xiàng)i得到方程

d

d

d 1(D)AqA 1(D)BqB 1

dX

dX

dX 利用(12)1D1qAD1qB 1qA11

Cp Cp如果假設(shè)化學(xué)反應(yīng)區(qū)內(nèi)兩 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足以下關(guān)系11

1YA,u/(D) YB,u

11CP1

,1CP

對(duì)（19）式求一階導(dǎo)并利用（16）(TT

R2eUR/

R2eUR/ D s2e

q DAs2eUs/D

qB,u Bs2eUs/D

T

UR1Le A

s2eUs/ q BB,u

UR1Le B

s2eUs/

Us/

Us/ Rs Rs T01Tb

d[(d1)]2

22q

BAeRT0b

EA1

2

BBeRT0b

q q

q q 22BE 2E22A)exp(AAu DAb,AABuBu22B)exp(BBuDBb,AABuBu R

無量綱Zad,ASLSL,A

R

U

T

Tb

0

f L

ad,

u E T q ad, u AA,u

RCad,RC

0ad,

ad, qqB;BBB;DDB;EEB;Y

LeD

且Le

DAD1，代入化簡(jiǎn)后得到（之后的表達(dá)式中省去上標(biāo)的記號(hào)，即aaT

1

2

b,As2eUs R

b,A 1

11 11 1TTEb1Zb,Abe

R2eULeA

b,

Le1

1

A Rs Rs ds2Rs 2Rs Le,q,E）的表達(dá)式，隨后同樣可解出火焰溫度T與燃燒物性參數(shù)的關(guān)系圖像模型的檢1R2eULeA s 2As2RRs 1R2eULeA s 2As2RRs Tb,A

Tb,A b,As b,A

1T2

RexpTb,A expTb,A 1 b,A

2exp Tb,A b,A

1 b,A與參考文獻(xiàn)[2]中得到的單組份球形火焰模型的結(jié)果一致，如圖2所示。在火焰半時(shí)的參考值是平面火焰的結(jié)果，因而各條曲線都趨向無量綱數(shù)為1對(duì)應(yīng)的位置。同2111LewisLewis3U2U102

10-

R

LewisLewisT10

10-

R圖2不同路易斯數(shù)下單組份球形火焰的速度溫度隨半徑的變?nèi)紵齾?shù)對(duì)火焰性路易斯數(shù)Le（輸運(yùn)效應(yīng)qBEY1，固定LeA并令Le變化LeA0.5,12對(duì)模型中的方程組進(jìn)行求解33LeA化過程有所不同。從火焰形態(tài)來看，當(dāng)LeA較小時(shí)，反應(yīng)比較劇烈，這說明路易Le的變化盡管造成速度的起伏，但變4??????=0.5的情形，其他類似。同樣可以觀Le影響不顯著。6U4U2010- 10- R圖3路易斯數(shù)對(duì)層流火焰速度的影響實(shí)線，帶點(diǎn)虛線和虛線分別為????=0.5,1,2210.510- R圖4 ??????=0.5，路易斯數(shù)對(duì)絕熱燃燒溫度的影響；三條曲線從上到下依次為????=0.5,1,2。燃燒放熱量q（熱效應(yīng)LeA0.5,12EBLeY1，討論q值變化的影響。圖5所示，當(dāng)q取值2時(shí)穩(wěn)定后的無量綱火焰速度達(dá)到8左右，這說明化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)對(duì)于火焰的速度有著明顯的影響反應(yīng)放熱越多反應(yīng)越劇烈。6LeA0.5時(shí)不同放熱比情況下絕熱燃燒溫度的變化情形。很容易預(yù)測(cè)的UU5010- 10- R圖5放熱量對(duì)層流火焰速度的影響實(shí)線，虛線和帶點(diǎn)虛線分別為??????0.5,1,221

10- R圖6??????=0.5，放熱量對(duì)絕熱燃燒溫度的影響；??=0.5,1,2?；瘜W(xué)反應(yīng)活化能E（化學(xué)效應(yīng)，7qE0.5（16～17的數(shù)值比q值為（放熱量變?yōu)閮杀稌r(shí)火焰速度的增長(zhǎng)效果更顯著這是因?yàn)殡S著化學(xué)反應(yīng)活化能的下降燃燒的化學(xué)過程的勢(shì)壘將降低反應(yīng)將更容易8這是因?yàn)榛罨艿脑黾邮狗磻?yīng)的能量勢(shì)壘增加反應(yīng)變得反應(yīng)劇烈度降低了。但由于活化能只影響反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程,而絕熱燃燒溫度是由化學(xué)反應(yīng)的放熱和各物種組分的熱容等熱力學(xué)參數(shù)決定的，活化能的改變不能夠改變整體反應(yīng)的絕熱燃燒溫度大小。這也是最終三條曲線匯交在同一直線上的原因。，UU5010- 10- R圖7活化能對(duì)層流火焰速度的影響實(shí)線，虛線和帶點(diǎn)虛線分別為??????0.5,1,22110- 10- R圖8??????=0.5，活化能對(duì)絕熱燃燒溫度的影響；??=0.5,1,2。；總的說來，雙組份所形成的球形火焰的特性與兩種組分的性質(zhì)密切相關(guān)其中較小的活化能和較大的放熱量的組分是提高火焰速度的最主要因素而這兩者中活化能的影響更為顯著的輸運(yùn)效應(yīng)或路易斯數(shù)的影響比較小另一方；最小點(diǎn)火能，從前面的圖像中發(fā)現(xiàn)火焰的過程是從某一坐標(biāo)點(diǎn)突然出現(xiàn)的這是由于此時(shí)在研究中默認(rèn)了火焰已經(jīng)被點(diǎn)燃并向外，因而曲線只顯示了火焰穩(wěn)定后向外的情形，也即點(diǎn)火問題。眾所周知只有外加一定大小的初始能量才能夠點(diǎn)燃并穩(wěn)定這一問題在火災(zāi)預(yù)防和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒等實(shí)際中都有重要應(yīng)用因而建立數(shù)學(xué)模型對(duì)于火焰點(diǎn)燃的過程進(jìn)行求解是有意義的[4,5]。標(biāo)題中最小點(diǎn)火能Q，含義就是使得火焰能夠點(diǎn)燃并向 的最小初始能量值的無量綱結(jié)果， p0 p

Q

Q40

T

在本課題的研究中，為敘述方便，在后續(xù)的文章中將用不帶記號(hào)的Q代表Q。R,R2dTQ,dYA0,dYB

,TTu,YAYA,u,YB

1111e1Tb,ATTE1e1TRTRb,

QR2eUR1

2

s2eUsRT

1

b,AR2eULe

R2eULe b, QR2eUR

2

Le1

2

1

2 Rs

A

Rs

Rs ds不妨按照檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)4中采取的方法對(duì)于上面的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)qBDEY1時(shí)容易得到與文獻(xiàn)[4]中相同的結(jié)果。由于本模型中引入了無量綱U10-U10-10-10-10- 10- RU10-U10-10- R9外加點(diǎn)火能量Q后層流火焰速度與距離點(diǎn)火