乙烯和乙烯-乙醇同向流擴散火焰的動力學模型研究.pdf

1、擴散火焰是實際燃燒設備中的主要燃燒方式之一，相比于預混火焰，擴散火焰中更易生成多環(huán)芳烴和碳煙，以擴散燃燒為主的燃燒設備是碳煙排放的主要來源。軸對稱同向流擴散火焰具有相對簡單的二維結(jié)構(gòu)，便于開展化學反應動力學和計算流體動力學(CFD)的耦合研究。本論文利用LaminarSMOKE程序結(jié)合詳細化學反應動力學模型數(shù)值模擬了乙烯和乙烯/乙醇同向流擴散火焰，探討了火焰中芳烴形成的動力學機制。
　　乙烯是很多實用燃料的重要組分，也是眾多大質(zhì)量

2、碳氫燃料的重要燃燒中間體。由于其分子結(jié)構(gòu)簡單且包含不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)，乙烯是研究多環(huán)芳烴和碳煙生成機理的典型燃料之一。為了準確地預測乙烯擴散火焰中燃料的分解和芳烴的生成過程，本論文在本組先前發(fā)表的芳烴反應模型和丁烯異構(gòu)體熱解模型的基礎上發(fā)展了一個包含芳烴生成子機理的詳細乙烯燃燒反應動力學模型，利用LaminarSMOKE程序?qū)ξ墨I乙烯同向流擴散火焰進行了數(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H提取反應生成乙

3、烯基(C2H3)以及單分子解離反應生成H2CC和氫氣;火焰中芳烴的生成起始于由乙烯復合反應生成的炔丙基(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/乙醇擴散火焰的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，乙醇的少量添加會增加芳烴和碳煙的排放。本論文中，在乙烯燃燒模型的基礎上，添加了乙醇反應的子機理，發(fā)展了乙烯/乙醇混合燃料的燃燒反應動力學模型，利用LaminarSMOKE程序數(shù)值模擬了文獻中的乙烯/乙醇同向流擴散火焰。與實驗結(jié)果比較表明模型能夠準確的預測火焰中乙醇添加對火焰結(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、中的溫度場和速度場基本不變，火焰中間體濃度的變化主要是由于摻混乙醇的化學效應引起的。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了丙炔和丙二烯(C3H4同分異構(gòu)體)大量生成，進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的C2H4→1，3-C4H6→1，2-C4H6→C3H3變成了C2H4→C2H2→C3H