CH 4 /O 2 /CO 2 预混体系爆炸动力学研究

Abstract

为探究甲烷在富氧条件下的火焰动力学规律，以CH4/O2/CO2预混体系为研究对象，在小尺度方形透明管道中进行了一系列爆炸实验，探讨了初始环境温度波动对爆炸参数的影响，并对预混体系的燃烧机理进行分析。结果表明：在273 K的环境温度下，化学当量比φ=0.8～1.0且氧气相对比γ＜0.30和φ=1.2且γ＜0.35的预混体系不能被点燃，而其他预混体系均可被点燃，最终产生郁金香与非郁金香两种火焰类型，并且根据郁金香火焰独特的演变特征，又划分为T形郁金香火焰和不对称郁金香火焰；随着γ的增大，无量纲火焰传播速度v/(SLσ)的变化趋势由“两升两降”转变为“一升一降”。初始环境温度的升高并未对火焰传播速度和爆炸超压的变化趋势产生影响，但是会导致最大爆炸超压pmax和最大火焰传播速度降低。值得注意的是，初始环境温度对爆炸强度的影响随化学当量比的减小而增强。另外，与最大爆炸超压相比最大火焰传播速度和层流燃烧速度之间的关系更紧密。从敏感性分析中可知：层流燃烧速度对自由基链式反应R38（即H+O2=O+OH）表现出最大的正敏感度，对R52（即H+CH3 (+M)=CH4 (+M)）表现出最大的负敏感度，并且对自由基OH的生成速率最敏感，当初始环境温度升高至303 K时，层流燃烧速度对R38(正)和R52(负)的敏感度降低；H、O和OH自由基总摩尔分数的增大会削弱热扩散的不稳定性，增强流体力学的不稳定性。