《近可燃極限預混氣體的點火機理與火焰傳播特性》是依託北京大學，由陳正擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：近可燃極限預混氣體的點火機理與火焰傳播特性
- 項目負責人：陳正
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，近可燃極限預混氣體被廣泛套用於研發高性能內燃機和微尺度燃燒器之中。同時，阻止近可燃極限預混氣體的燃燒也是火災防範和滅火方面的重要問題。然而,國內外目前尚無關於其點火與火焰傳播方面的基礎研究。近可燃極限預混氣體有著高火焰厚度、高點火能、高活化能、低化學反應速率、低火焰傳播速率、低火焰溫度等特性，而在這些極端情況下的傳統點火與火焰傳播理論還很不成熟，因此非常有必要完善和發展該方面的理論。本項目將以內燃機、微尺度燃燒器和火災安全為套用背景，採用理論分析、數值模擬和實驗相結合的研究手段，對近可燃極限預混氣體的點火機理與火焰傳播特性開展系統的研究，在燃燒理論、研究方法、套用基礎等方面取得進展。本項目將建立關於近可燃極限預混氣體點火與火焰傳播的基礎理論，揭示高壓、微尺度以及微重力環境對近可燃極限預混氣體點火與火焰傳播的影響，研究結果可為近可燃極限預混氣體的實際套用提供重要的理論基礎和依據。
結題摘要
本項目以內燃機、微尺度燃燒器和火災安全為套用背景，採用理論分析、數值模擬和實驗測量相結合的研究手段，按照計畫任務書對近可燃極限預混氣體的點火機理與火焰傳播特性開展了系統的研究，在燃燒理論、研究方法、套用基礎等方面取得了一定的成果。通過漸近理論分析和數值模擬，系統地研究了近可燃極限預混氣體點火後初始火焰核的傳播過程，發展了描述不同燃料臨界點火尺寸與最小點火能的理論，揭示了臨界點火尺寸與最小點火能之間的關係。研究了熱輻射對近可燃極限預混氣體火焰傳播過程的影響，建立了考慮熱輻射的球形火焰傳播理論，揭示了由熱輻射帶來的直接影響和間接影響：直接影響指的是輻射熱損失會降低火焰溫度，從而降低火焰傳播速度；間接影響指的是輻射熱損失導致的冷卻會引起逆向火焰傳播的流動，從而降低火焰傳播速度。對近可燃極限預混氣體，直接影響起主導作用。在理論分析中引入了涉及自由基的鏈支化反應與鏈終止反應，建立了基於兩步化學反應模型的點火與火焰傳播理論，研究了熱點火過程、化學點火過程以及兩者間的差異。基於發展的球形傳播火焰理論，推導出了描述火焰傳播速度隨拉伸率變化的線性與非線性模型，在此基礎上研究了各種模型的準確性及其在球形傳播火焰法中的套用情況，分析了不同模型和不同火焰半徑範圍對確定近可燃極限預混氣體層流火焰速度和Markstein長度的影響。通過數值模擬研究了不同稀釋氣體(氦氣、氬氣、氮氣和二氧化碳)對氫氣/空氣與甲烷/空氣混合物點火過程的影響，分析了添加稀釋氣體改變混合物最小點火能的熱力學效應與火焰動力學效應。發展了模擬近可燃極限預混氣體點火與火焰傳播的高效精確算法：高維模型重現方法和動態自適應機理方法，採用這兩者算法能夠在確保計算精度的前提下將計算速度提高一個量級，可以極大地提高近極限燃燒模擬的計算效率。採用球形火焰法測量了不同燃料(合成氣、正葵烷、異丙基甲苯)的層流火焰速度，研究了這些燃料的點火與火焰傳播規律。本項目發展和完善了近可燃極限預混燃燒的基礎理論與計算方法，研究結果為近極限燃燒的實際套用提供了的理論指導和依據。
