湍流擴(kuò)散火焰中Fe(OH)-,2-和稀釋劑替代物滅火及抑制效果的條件矩封閉模擬.pdf

1、湍流燃燒中滅火添加劑效果的數(shù)值模擬研究，對(duì)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(duì)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(guó)際上也有很多燃燒模型用以解決這一問(wèn)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(duì)溫度等反應(yīng)標(biāo)量進(jìn)行條件平均，減弱了

2、湍流脈動(dòng)的影響，使得化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)在一階矩上得以封閉。
　　 另一方面，隨著哈龍產(chǎn)品的禁用，各國(guó)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(guó)內(nèi)外對(duì)其的研究也非常多。這些研究包括各種條件下的實(shí)驗(yàn)以及層流燃燒中的數(shù)值模擬，對(duì)湍流燃燒中該滅火添加劑的效果尚缺乏體系的研究。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(duì)條件矩封閉模型進(jìn)行了詳

3、細(xì)的分析和算法設(shè)計(jì)，對(duì)Sandia H2/He火焰實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，建立了一個(gè)較為準(zhǔn)確的條件矩封閉模型平臺(tái)。在此平臺(tái)之上耦合進(jìn)Fe(OH)2添加劑的簡(jiǎn)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(duì)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)了某些不良輸運(yùn)特性組分的擴(kuò)散，使得滅火添加劑的效果更強(qiáng)，相比與層流燃燒，F(xiàn)e(OH)2更容易使湍流燃燒發(fā)生熄火。在這之后本文對(duì)不同Re數(shù)下該滅火

4、添加劑的效果進(jìn)行了對(duì)比分析，引入Damkohler數(shù)對(duì)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(lèi)似與層流燃燒，即使得火焰變的不穩(wěn)定，Damkohler數(shù)的分布表明穩(wěn)定燃燒位置沿軸向方向提高了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，本文利用CHEMKIN對(duì)層流對(duì)撞