PSR模型基本描述及应用案例

PSR模型包含一个反应器、一个入口和一个出口，如图5.1所示。

图5.1　PSR反应器简图

充分混合的燃料和氧化剂以稳态流的形式由入口进入反应器。假设内部混合无限快，且反应器内部空间均匀，即忽略气体混合过程，反应物转化为生成物的速率由化学反应速率控制而不是混合过程。这样的假设减小了计算强度，反应器内的燃烧过程能够用详细化学反应机理来描述。PSR 模型的3个特征参数为入口混合物组成、温度和混合物存在时间。反应器内部状态通过数值求解积分与微分形式的能量和物质守恒式来计算。

考虑PSR为稳态过程，能量和物质守恒式可分别简化为：

式中，ṁ为质量流量；Yk为第k 种物质的质量分数（共有k 种物质）；ω̇ k 为单位体积化学反应的摩尔生成速率；Wk为第k 种物质的相对分子质量；V 为反应器体积；hk为焓；Q为反应器热损失。上标*表示入口条件。本章中反应器为绝热，有Q=0。(www.xing528.com)

反应存在时间τ取决于反应器体积和质量流量，有：

质量密度由理想气体状态式求出：

其中，p为压力；W为混合物平均分子质量；R为通用气体常数；T为温度。

火焰“熄灭”的条件为混合物的化学反应时间小于存在时间。因此，在模型计算中存在一个化学反应时间等于存在时间的临界值。当存在时间小于临界值时，没有足够的时间发生化学反应，则临界值就是PSR 计算中的灭火时间。通过与一种已知最小灭火浓度灭火剂的灭火时间进行对比，假设已知灭火剂的灭火时间与待计算灭火剂的灭火时间相等，通过灭火剂的用量可以推断未知灭火剂的最小灭火浓度。