不同压力下层流对冲C2H4扩散火焰中碳烟生成的数值模拟研究

王生福,席剑飞,顾中铸,蔡 杰

(南京师范大学能源与机械工程学院,江苏 南京 210023)

碳氢燃料在燃烧过程中产生的微小颗粒物称为碳烟,这些微小颗粒物在空间中构成不同尺度的团聚体. 我国70%左右的能源来自煤等化石燃料的燃烧,燃烧过程中产生的碳烟使得燃料的热量无法完全释放,降低燃料的利用效率,同时也是形成PM2.5的重要原因,不仅对大气产生污染同时也严重影响着人类的健康. 国内外学者对碳烟的生成机理及其控制方式进行了大量的研究,但由于碳烟生成的复杂性,其在不同的火焰温度、燃料种类、燃烧压力等条件下有着不同的生成特性,加之碳烟生成过程中有着复杂的表面反应,使得目前碳氢燃料燃烧火焰中碳烟的生成机理仍然未被完全掌握. 大多数动力燃烧设备(如燃气轮机、内燃机等)中的燃料是在高压下进行燃烧的,所以研究不同压力下碳烟的生成特性对于实际燃烧过程中碳烟的形成预报和排放控制具有重要意义.

国内外学者对碳烟在不同条件下的生成特性进行了大量研究. Seong等[1]的研究显示不同燃料种类、燃烧气氛会导致不同的碳烟形态、生长和凝聚过程. Bento等[2]通过实验研究了0.1～0.73 MPa的压力范围内火焰结构和温度对碳烟生成的影响,发现碳烟体积分数随着温度的增加而增大,且压力越高时,火焰的横截面积越小. Sato等[3]的实验研究结果表明,当温度处于1 500～1 700 K时,碳烟的生成速率达到峰值. Tree等[4]对不同燃料燃……