湍流擴(kuò)散燃燒中Fe(OH)-,2-和稀釋劑替代物火焰抑制效果的條件矩封閉模擬.pdf

1、湍流燃燒中滅火添加劑火焰抑制效果的數(shù)值模擬研究，對理解滅火添加劑的滅火機(jī)理以及高效滅火劑的研制都有著非常重要的意義。對于湍流燃燒的模擬其本身就是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，目前國際上也有很多燃燒模型用以解決這一問題。由20世紀(jì)90年代Bilger和Klimenko共同推導(dǎo)出的條件矩封閉模型是其中模擬效果較好的模型之一，目前已成為與層流小火焰以及PDF輸運(yùn)方程模型并重的湍流燃燒模型之一。其基本思想是以混合分?jǐn)?shù)為統(tǒng)計(jì)條件對溫度等反應(yīng)標(biāo)量進(jìn)行條件平均

2、，減弱了湍流脈動(dòng)的影響，使得化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)在條件平均值上得以封閉。
　　 另一方面，隨著哈龍產(chǎn)品的禁用，各國都在積極的尋找合適的替代物。其中羰基鐵化合物是目前最為高效的滅火添加劑之一，國內(nèi)外也逐漸開始重視對其的研究。這些研究大部分為各種條件下的實(shí)驗(yàn)以及層流燃燒中的數(shù)值模擬，對湍流燃燒中該滅火添加劑的效果尚缺乏系統(tǒng)的研究。條件矩封閉模型作為一種湍流反應(yīng)流的封閉模型，用以研究湍流燃燒中該添加劑的效果是合適的。
　　 本文首先對

3、條件矩封閉模型進(jìn)行了詳細(xì)的分析和算法設(shè)計(jì)，對Sandia H2/He火焰實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行測試對比，建立了一個(gè)較為準(zhǔn)確的條件矩封閉模型平臺。在此平臺之上耦合進(jìn)Fe(OH)2添加劑的簡化反應(yīng)機(jī)理，計(jì)算結(jié)果表明該滅火添加劑在湍流燃燒中對H、OH和O的最大抑制效果要比層流下分別高出40％，10％和15％，其原因在于湍流擴(kuò)散作用加強(qiáng)了Fe、Fe02等組分的擴(kuò)散，使得滅火添加劑的效果更強(qiáng)，相比于層流燃燒，F(xiàn)e(OH)2更容易使湍流燃燒發(fā)生熄火。在這之后本

4、文對不同Re數(shù)下該滅火添加劑的效果進(jìn)行了對比分析，引入Damk(o)hler數(shù)對火焰穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析，計(jì)算結(jié)果表明湍流燃燒中該滅火添加劑的作用類似于層流燃燒，即使得火焰變的不穩(wěn)定，Damk(o)hler數(shù)的分布表明穩(wěn)定燃燒位胥沿軸向方向提高了3倍噴口直徑的距離。
　　 最后本文將滅火劑替代物的思想引入湍流燃燒中，得到層流擴(kuò)散火焰和湍流擴(kuò)散火焰中稀釋劑替代物抑制效果占稀釋劑抑制效果的比例。由于缺乏該物質(zhì)在層流擴(kuò)散火焰中的研究，本