Fe（OH）2在湍流扩散火焰中抑制效果的CMC模拟研究(可编辑)

Fe（OH）2在湍流扩散火焰中抑制效果的CMC模拟研究(可编辑) Fe(OH)2在湍流扩散火焰中抑制效果的CMC模拟研究 火 灾 科 学. , . 第 卷第 期 年 月. 文章编号: ? 一?在湍流扩散火焰中抑制效果的模拟研究 郑景川,蒋 勇 ,邱 榕,毕 昆 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥, 摘要:采用条件矩封闭模型数值模拟了 在湍流射流火焰中的灭火性能,计算结果表明该灭火添加 剂在湍流燃烧中对 、 和 的最大抑制效果要比层流下分别高出 , , ,其原因在于湍流扩散作用 加强了某些不良输运特性组分的扩散,使得灭火添加剂的效果更强。不同 数下的局部 数分布表明 该灭火添加剂使得火焰变的不稳定,稳定燃烧位置沿轴向方向提高了 倍喷: 直径的距离。 关键词:条件矩封闭;灭火添加剂;数值模拟 中图分类号: , 文献标识码: 基铁化合物的灭火效果,研究表明在预混火焰中 引言 层流燃烧速率的变化率在浓度很低的时 随着哈龙产品日渐退出灭火剂的行业,各国目 候就对其浓度变化非常敏感,在对撞火焰中,熄火的 程度和驻定火焰面的相对位置有关,因为驻定火焰 前都在寻找新型的灭火添加剂来抑制火灾的扩散和 面的位置同时也决定了灭火添加剂的驻定位置。对 蔓延 。早在 世纪 年代时就有研究发现,某 于/ 火焰,当灭火添加剂添加在氧化剂中的 些金属化合物对火焰的抑制和熄灭作用比卤素类的 时候对熄火拉伸率的影响很大,而当灭火添加剂添 化合物更为有效,尤其是 五羰基合铁 , 它是目前最为有效的火焰抑制剂之一,在体积分数 加在燃料中的时候对熄火几乎无影响。该研究最突 出的一个观点就是 在高浓度时的抑制效 达到 . 时,其等效灭火体积分数可比 。哈龙 低两个数量级 。国际上最早开始研 果反而不佳,在之后的研究中可以避免这个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 产 究的灭火效能的是学者 ,? 生的困扰。 但是目前国际上对于灭火添加剂效果的研究大 发现当预混火焰中添加 时火焰的传播 多是基于实验研究及层流燃烧中的数值研究,对于 速率会显著的下降。这次的研究发现在 湍流燃烧中灭火添加剂的效果研究并不多见,本文/ 和烷烃/ 燃烧中的灭火效果要比卤素 采用数值模拟的方法来模拟灭火添加剂与火焰面的高很多,并且当气压低于一个大气压的时候 相互作用,其中湍流模型使用的 ~ 模 的灭火效果会下降。和学者 的实验表明了在碳氢火焰中的灭火效果 型,而燃烧模型使用条件矩封闭模型。 要比氢氧火焰中的好,而且在碳氢/空气中的灭火效 数学模型 果要比碳氢/氧气中的好,但是他们的实验只是在平 面预混火焰中得到的结果。在这之后和 模型由和 分别用不同 的方法推导出来 ,其基本控制方程为: 在预混火焰和对撞火焰中均测量了这种羰 收稿日期: ?? ;修改日期: ? ? 基金项目:国家自然科学基金资助项目 作者简介:郑景川 一 ,男,中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室硕士研究生。研究方向为计算机数值模拟。 通讯作者:蒋勇,副教授、硕士生导师, : . .. .. 郑景川,等: 在湍流扩散火焰中抑制效果的模拟研究 一::???????????????????????????????? ?????????????????????.???一~~/一一 由由 其中: 一 一一一等 ? 】 上 。:?????? 其中左端第一项为非稳态项,第二项为对流项,右端 第一项为混合分数空间内的扩散项,第二项为化学反 应源项, 表示混合分数空问内的分子扩散项, 则 表示湍流脉动影响。在高雷诺数下,动力学粘性系数 图 反应路径图 和扩散系数相对于湍动能来说都相对较小 ~ ~. , 可以忽略,同理, 括号 左侧的第一项和第 三项也可以忽略。基于以上假定后,方程变为: 计算结果与讨论 的 . . 学者详细 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了 的灭火机理,构筑了一个 步基 元反应的反 一 一知 十应机理,并在层流预混火焰和层流对撞扩散火焰中 叭 进行了验证,其效果和实验值很接近 。 对于方程中另外一些未封闭项,如条件平均速 考虑到计算效率的问题,本文在这 步详细反 度 、条件标量耗散率 等,需要用模型进行封闭, , 应机理上进行了机理简化,将其简化为 步灭火机 本文这里采用 和 等学者给出的模型嘲: 理,并将其应用于 。/ 火焰中,从图 中可以看 一 出 并不参与抑制燃烧的铁循环中,另外, 和 在 / 火焰中添加 的 第一项为 平均的流场速度,第二项为协方差 实验中发现。可以加速 原子重新合成,反应链如下 : 项,这一项仍然需要使用梯度输运模型: 一一 。 有实验表明当流场速度和守恒标量 符合 ? ? 分布时该模型能够很好的给出条件速度 将这三个反应叠加后发现,其实是 的分布 。 作为催化剂而存在的。更能够反应出 对于条件速度脉动项: 的本质。考虑到的计算效率,本文 / ?一 首先对。的灭火机理进行了基于敏感性分为湍动能扩散系数,表征湍流特征时问。对于条 析的简化。根据 . . 所提供的各基 件平均标量耗散率: 元反应敏感性 ,简化机理如表 所示,并对其采用 一 . 的层流对撞火焰模块进行机理 其中: 测试。 表:灭火简化机理 / 一 .?. 火灾科学 第 卷第 期 ? .?. 时宣 【 /。.暑篷?. ? . ? .一. 一 .? .?, . ?. ? ,. 一 . ,, . 鼍 是暑 //图 简化机理与详细机理对 原子与 原子的抑制作用??为不添加;? 一为添加简化机理;??..为添加详细机理. 害 专吕 墨/ /图 简化机理与详细机理对温度和 浓度的抑制作用??为不添加;? 一为添加简化机理;为添加详细机理 . 层流对撞火焰的计算结果表明添加 在后面湍流燃烧中的抑制效果计算时发现浓度达到 后燃烧中 原子有很大程度的抑制, 也有一定 时火焰熄火,而在之前简化机理是 程度的抑制,但是对温度和产物的抑制不大。 符合良好的,所以可以采用以上 步简化机理。 图 与图 中显示详细机理和简化机理在 / 灭火添加剂的数值模拟须建立在模拟效果较好 扩散燃烧中基本一致;对于熄火拉伸率的计算显示 的模型上,本文选择 国家实验室的 简化机理在低浓度阶段与实验值 符合良好,由于/ 湍流射流火焰作为模拟原型 。实验条件 . . 郑景 ,等:在湍流扩散火焰中抑制效果的模拟研究 表 火焰实验条件 如下: 流场采用 一 模型,模型参数 取 . , 取 . ,以更好的符合实验值 。计算 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如下:流 场一混合场一对流扩散一混合分数空间扩散一化学 反应一返回温度一对流扩散循环直至收敛 。 程序计算出喷口段 / 为火焰 高度 二维 / 火焰结构,网格划分为 物理空间 × 混合 图 详细机理与简化机理下的熄火拉伸率分布 分数空间 均匀网格,燃料为 的氢气,当量混 ??为简化机理,一 一为详细机理 .合分数为 . ,氢气绝热燃烧温度为。 日出 王 墨暑。. 出 出 图 模拟结果与实验数据阳的对比左侧为 /,右侧为 /.火灾科学 第 卷第 期 进氢气燃烧机理,再由重新计算混合场和反 图 所示的曲线为计算的主要组分和温 度与实验值的对比图,总体来说符合良好,可以用来 应过程。 计算灭火添加剂的效果。将简化后的灭火机理耦合 ?量 翻 翻 圈??? 一?哪哪蠢舢唧四暖九豳御 善咖瑚锄?毫?珊 霎? 星。。 曼 ?槲蚴艘呻?册叫圉瞄州瞄呻图蝴蚴豳苣们雌蛐图蚴匿蚴渊丽吣们圈叭雌蚴临嘣 啦仰 一?珊嘞?侧四嘞 僦图伽豳九四图季醐珊?鼬耄荸?釉 图 无添加剂左和右添加剂下燃烧的温度 和 质量分数 场图.口 一 ?? ? .丁 ? 口?图翻豳? 霎 怒怒 器 ?《? 日口口口瞄图豳国滔???一 【 ? ? 曲 ? 图 无添加剂左和右 添加剂下燃烧的 和质量分数场图. 墨 童 善 图 下游处 与的质量分数分布图. 图 到图 为添加前和添加后燃烧场的对比 原子的抑制作用是非常明显的,正如上节层流对撞 火焰中计算的那样,当浓度达到时,燃烧场 图,从图 所示的场图中可以看出,添加剂对. . 郑景川,等:在湍流扩散火焰中抑制效果的模拟研究 中的 原子几乎全部被催化成 ,使得燃烧无法, 为 / , 为。 发生,继而导致熄火。添加剂对 、 以及 等 图 所示的组分质量分数变化图说明添加剂在 / . 处达到最大效果,之后随着湍流的衰 活性组分的抑制使得射流火焰面变的很薄,即高温 区变薄,这点可以从温度场图中看出,同时也使得火 变,添加剂的效能也在不断的递减,因为标量耗散率 焰变的很不稳定,这点本文将在后面进行详细分析。 也在同时的衰减。另外,相比于层流对撞火焰中添 对于湍流火焰中的 原子,添加剂的最大抑制作用 加剂的效能,即使湍流中衰变阶段的添加剂效能也 达到了 , 原子为 , 为 ,这三个数 较之大很多。 据均大于添加剂在层流对撞火焰中的效能 为 /... 一一 : .. . : .. 『, . 日 . . . \. 。。。。。。。 . . .............。 ::. ..??..耀.. // / 图 轴向 数的分布 . 图 所示为中心轴线上数的分布,/ ,说明 数的增加并不影响火焰面变 。为无量纲时间。 数表征了湍流流动时 薄的程度。当添加浓度为时,三种 条件下 间尺度与化学反应时间尺度的比值,并经常用于判 均发生了熄火现象。 别火焰的稳定性与火焰面厚度。定义 结论 ? 数:眈 旦,其中: 一与, 一 / , 一本文利用条件矩封闭模型对气。在湍 一 / 。从图 所示的分布中可以发现,随 流射流火焰中的效果进行了详细的研究,在这之前 着 数的增加,火焰的不稳定区域在不断增加,这 首先对灭火添加的详细机理进行了基于敏感性分析 是符合实验规律的。当添加浓度为时,三 的简化处理, . 的计算结果表明该 简 种 数条件下不稳定区域增长的幅度基本一致 化结果在 。/ 火焰中和详 细机理并无太大区别,火灾科学 第 卷第 期 并且更能够体现铁羰基化合物对氢气的 添加剂在层流扩散火焰中的主要作用是使得火焰变 灭火机理本质,即对 原子和 原子的抑制。为了 的不稳定,其参考量为熄火拉伸率。而湍流下用于 模拟该灭火添加剂在湍流中的作用,条件矩封闭模 衡量这一效果的参量并没有统一的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。本文采用 型首先成功模拟了 / 火焰,与实验测数来研究添加剂在湍流射流火焰中的效 得的散点图符合良好,进而将灭火添加剂的简化机 能,并得到了规律性的结论。研究发现理耦合进 / 的反应机理中。 对于湍流扩散火焰的作用与层流扩散火焰类似,都 研究发现在湍流中灭火添加剂的效果要比层流 是影响火焰的稳定性,并且 数的增加并不影响 条件下好很多,其中对 、 和 的最大抑制作 这种作用,计算结果表明的能够 用分别提升了 / 、 和 ,这是由于湍流的 使火焰稳定位置在轴向上提升了 倍喷口直径的 扩散作用要比层流条件下更为强烈,使得添加剂中 距离。 的某些势能较低的基团或者分子扩散的更广。灭火 参考文献 . .于水军.余明高.灭火添加剂对细水雾性质与灭火效能 . 的影响.燃烧科学与技术, ,:. , , : ~ . , . ., . . , . ?, . ... . .: . ,. . ? : . , , :. . . . . ?.. .? . . , , : ~ , ,: . . 八 . .. ?. . . ? , ., , : .. , , : .... 久 . ... :, , ? . , , :.. , , : ~ .://?、 .. . // . .