基于层流烟点高度的碳黑模型数值模拟研究
发布时间：2021-08-12 18:18
碳黑是碳氢燃料不完全燃烧的重要产物,由于其对火焰辐射、火场能见度以及有毒气体生成具有重要影响,碳黑一直是火灾危险评估研究中的重要参数。深入研究火焰中碳黑的生成和氧化机理以及数值计算模型,对于火灾烟气预测和风险评估有重要指导意义。因此通过数值模拟建立火焰燃烧环境,发展能够满足精度要求、适合大尺寸瞬态模拟火灾场景的通用碳黑模型对烟气预测、人员疏散救援有十分重要的现实意义和科学价值。本文对前人提出的碳黑模型进行研究与分析,选择基于烟点高度的碳黑生成模型作为研究对象,对碳黑表面反应氧化模型进行改进,使其能够与混合分数燃烧模型耦合使用,并通过UDF将该模型嵌入计算流体力学软件FLUENT中。通过模拟乙烯和丙烷层流扩散火焰,结果表明:火焰温度、轴向速度、碳黑体积分数的模拟结果与实验值基本吻合,表明对本文对碳黑氧化模型的修正是基本合理的;模拟得到的碳黑体积分数在径向方向上与实验值相比分布较广,在火焰底部模拟值较实验偏高,这可能是由于忽视了燃料入口处存在短暂预热过程以及碳黑生成和氧化的吸热/放热过程。将修正后的碳黑生成模型耦合涡耗散概念（EDC）模型,引入了碳黑生成速率修正系数κ,同时将碳黑氧化模型与...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
建筑火灾产生大量烟气火灾烟气中的主要成分是碳黑，碳黑是含碳的燃料（如天然气、乙烯等）不
烃的过程包括 PAH 基团和附着的 C2、C3、C2H4基间的化学物理反应，最终使基团逐渐增大。分子 PAH 聚集，碳黑颗粒成核。该过程主要指大分黑颗粒。由于这一阶段的研究在实验中不容易实现应机理尚不明确。到现在为止，主要存在两种成核+等离子成核[15]，另一种则认为是通过不带电荷的t 提出碳黑成核模型，他在假设碳黑成核的单步反应前提条件下，增加了额外的反应方程，使得苯环直颗粒持续生长。该过程是指成核后的碳黑的颗粒为碳黑颗粒的表面与乙烯、乙炔、多环芳香烃等粒质量；各个黏性碳黑小颗粒之间的频繁碰撞，颗粒的体积。其中表面化学反应主要是指乙炔基生的脱氢加碳的反应。了碳黑颗粒从颗粒前驱物到成核直至生成的整个
图 3-2 激光器及供电电源实物图（2）燃烧器气体燃烧器采用标准的 Gülder 层流非预混管式燃烧器，如图 3-3 所示器主体高度为 62 cm；内径由两个不锈钢的同心圆组成，内环为气体燃料外环为伴流空气出口，直径尺寸分别为 10.9 mm 和 100 mm；在实验时为流稳定，在燃烧器内部填充直径为 3mm 的光滑玻璃珠和烧结金属泡沫，属细丝网均匀铺设于气体出口处。经试验，这些措施可有效对流出的气体直和稳流，使气体在燃烧前能达到层流状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]火灾死亡人员统计分析[J]. 李海江. 中国公共安全(学术版). 2017(01)
[2]二维消光法在乙烯火焰碳烟浓度测量中的应用[J]. 何旭,戴钰杰,郑亮,齐运亮,王建昕. 中国电机工程学报. 2012(26)
[3]氧体积分数对乙烯扩散火焰中烟黑生成影响的实验[J]. 梁军辉,黄群星,冯玉霄,池涌,严建华. 浙江大学学报(工学版). 2012(08)
[4]乙炔/空气预混火焰中CO添加对炭黑生成影响的数值分析（英文）[J]. 蒋勇,邱榕. 物理化学学报. 2010(08)
[5]重力对层流扩散火焰烟黑生成特性影响[J]. 孔文俊,艾育华,王宝瑞,刘凤山. 工程热物理学报. 2010(05)
[6]燃烧过程辐射换热离散坐标模型的应用[J]. 李志强. 航空动力学报. 2006(02)
[7]层流预混火焰PAHs形成的反应机理模型[J]. 钟北京,刘晓飞. 工程热物理学报. 2004(01)
[8]碳氢燃料在高温空气燃烧过程中的裂解和烟炱生成[J]. 王皆腾,祁海鹰,李宇红,由长福,徐旭常. 能源技术. 2001(05)
博士论文
[1]电场作用下火焰中碳烟颗粒的分布与聚积规律[D]. 王宇.清华大学 2009
硕士论文
[1]煤粉燃烧中碳黑颗粒的辐射特性计算研究[D]. 童世唯.华中科技大学 2013
[2]基于热泳取样的乙烯/富氧扩散火焰中碳黑生成及形貌检测[D]. 李朝.华中科技大学 2012
[3]天然气在蓄热式锻造加热炉上的应用及模拟[D]. 赵博宁.西北工业大学 2007
[4]热电偶用于火焰测温及其烟黑沉积过程的模拟研究[D]. 熊倩.华中科技大学 2007
[5]等离子点火器燃烧流场的数值模拟[D]. 包吉威.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3338829
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
建筑火灾产生大量烟气火灾烟气中的主要成分是碳黑，碳黑是含碳的燃料（如天然气、乙烯等）不
烃的过程包括 PAH 基团和附着的 C2、C3、C2H4基间的化学物理反应，最终使基团逐渐增大。分子 PAH 聚集，碳黑颗粒成核。该过程主要指大分黑颗粒。由于这一阶段的研究在实验中不容易实现应机理尚不明确。到现在为止，主要存在两种成核+等离子成核[15]，另一种则认为是通过不带电荷的t 提出碳黑成核模型，他在假设碳黑成核的单步反应前提条件下，增加了额外的反应方程，使得苯环直颗粒持续生长。该过程是指成核后的碳黑的颗粒为碳黑颗粒的表面与乙烯、乙炔、多环芳香烃等粒质量；各个黏性碳黑小颗粒之间的频繁碰撞，颗粒的体积。其中表面化学反应主要是指乙炔基生的脱氢加碳的反应。了碳黑颗粒从颗粒前驱物到成核直至生成的整个
图 3-2 激光器及供电电源实物图（2）燃烧器气体燃烧器采用标准的 Gülder 层流非预混管式燃烧器，如图 3-3 所示器主体高度为 62 cm；内径由两个不锈钢的同心圆组成，内环为气体燃料外环为伴流空气出口，直径尺寸分别为 10.9 mm 和 100 mm；在实验时为流稳定，在燃烧器内部填充直径为 3mm 的光滑玻璃珠和烧结金属泡沫，属细丝网均匀铺设于气体出口处。经试验，这些措施可有效对流出的气体直和稳流，使气体在燃烧前能达到层流状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]火灾死亡人员统计分析[J]. 李海江. 中国公共安全(学术版). 2017(01)
[2]二维消光法在乙烯火焰碳烟浓度测量中的应用[J]. 何旭,戴钰杰,郑亮,齐运亮,王建昕. 中国电机工程学报. 2012(26)
[3]氧体积分数对乙烯扩散火焰中烟黑生成影响的实验[J]. 梁军辉,黄群星,冯玉霄,池涌,严建华. 浙江大学学报(工学版). 2012(08)
[4]乙炔/空气预混火焰中CO添加对炭黑生成影响的数值分析（英文）[J]. 蒋勇,邱榕. 物理化学学报. 2010(08)
[5]重力对层流扩散火焰烟黑生成特性影响[J]. 孔文俊,艾育华,王宝瑞,刘凤山. 工程热物理学报. 2010(05)
[6]燃烧过程辐射换热离散坐标模型的应用[J]. 李志强. 航空动力学报. 2006(02)
[7]层流预混火焰PAHs形成的反应机理模型[J]. 钟北京,刘晓飞. 工程热物理学报. 2004(01)
[8]碳氢燃料在高温空气燃烧过程中的裂解和烟炱生成[J]. 王皆腾,祁海鹰,李宇红,由长福,徐旭常. 能源技术. 2001(05)
博士论文
[1]电场作用下火焰中碳烟颗粒的分布与聚积规律[D]. 王宇.清华大学 2009
硕士论文
[1]煤粉燃烧中碳黑颗粒的辐射特性计算研究[D]. 童世唯.华中科技大学 2013
[2]基于热泳取样的乙烯/富氧扩散火焰中碳黑生成及形貌检测[D]. 李朝.华中科技大学 2012
[3]天然气在蓄热式锻造加热炉上的应用及模拟[D]. 赵博宁.西北工业大学 2007
[4]热电偶用于火焰测温及其烟黑沉积过程的模拟研究[D]. 熊倩.华中科技大学 2007
[5]等离子点火器燃烧流场的数值模拟[D]. 包吉威.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3338829
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