基于四步反应机制的甲烷火焰结构

第8章介绍了基于一步反应机制的预混层流火焰的传播模型，即热火焰模型。在这些模型中，采用了阿累尼乌斯定律表征反应速率与温度的依赖关系，此时火焰结构强烈依赖于温度。因此，尽管我们基于热火焰模型得到了与温度强相关火焰的传播特性，如燃烧速度、可燃极限和熄火点等与预混气体压力和组分浓度的关系，但将这些依赖关系推广到一般火焰上需要格外小心。考虑详细或者简化反应机制的数值计算可以获得给定初始条件下火焰的传播特性，但是很难描述基本参数，如温度、压力和组分浓度等，对火焰的传播特性的影响规律。因此，本章将介绍基于四步反应机制的等化学配比的甲烷-空气预混气的火焰模型，进而推导火焰渐近结构的解析表达式。渐近（摄动法）分析是一种极为有用并应用得相当普遍的理论分析方法，几乎成为力学、大气动力学、海洋动力学和声学等物理专业研究人员不可或缺的数学工具。它是通过选定一个极小参数（或者极大参数），进行渐近展开（展开级数通常是不收敛的），选取展开级数的前一项或者前两项就可以获得相当满意的符合工程误差允许范围的近似结果。从本章的分析我们可以发现，即使四步反应火焰模型仅保留了基本反应参数，仍可以成功预测火焰燃烧速度与压力和预混气温度的依赖关系。文献［14］给出了类似的贫燃料甲烷火焰的渐近分析。对本章所介绍的解析渐近模型进行必要的修正后，还可以用于描述其他的碳氢化合物火焰，文献［15］基于甲烷火焰的渐近描述给出了C2H6、C2H4、C2H2和C3H8在空气中燃烧火焰的渐近解析模型。(www.xing528.com)