3种基于烟点高度的碳黑模型对比

烟点高度能有效表征燃料碳黑生成能力的大小,基于烟点高度的碳黑模型不仅可以得到非常可观的计算精度,且计算成本较低.本文分别采用Beji、Yao和Lautenberger等提出的碳黑模型对乙烯层流扩散火焰进行数值模拟,并对比分析了3种模型的碳黑浓度分布以及碳黑生成速率分布和实际测量值的差异.结果表明,Beji和Yao均采用了Delichatsios提出的碳黑生成模型,但Beji的混合分数取值范围更为合理;Yao采用的碳黑表面化学反应模型,在略高于化学当量比的部分可能低估了碳黑的氧化速率;Lautenberger根据碳黑生成速率分布图,假设了碳黑生成速率与混合分数和温度的关系,但在混合分数和温度的取值范围以及近似方法上有待改进.

基于烟点高度的湍流扩散火焰碳黑生成研究

在湍流燃烧中,碳黑的生成会降低火场能见度、增强辐射传热并影响火焰传播,因此,进行湍流燃烧数值模拟研究时,计算火焰中碳黑的生成与分布至关重要。利用概率密度函数(PDF)对基于烟点高度的层流碳黑模型进行湍流修正,将大涡模拟(LES)湍流模型和非预混燃烧模型结合对庚烷和甲苯油池火的碳黑生成与分布进行了预测。结果表明:修正后的湍流模型计算得出的甲苯油池火的碳黑生成预测值与实验值吻合更好;庚烷火焰中的碳黑预测值略低,原因可能是氧化模型碳黑表面积的取值为常数,需进一步修正;模型总体的预测情况良好,表明提出的碳黑生成计算模型基本合理。

基于混合分数模型的层流扩散火焰碳黑生成模拟

烟点高度是表征燃料碳黑生成能力的重要参数,基于烟点高度的碳黑生成模型能够与混合分数燃烧模型耦合使用,使得计算成本降低;该模型仅包含一个与燃料相关的模型参数(烟点高度),使其容易扩展至其它燃料。因此基于烟点高度的碳黑生成模型是复杂火灾场景模拟的理想碳黑模型之一。但是,该模型还需要相应的适用于混合分数的碳黑氧化模型,因此本文通过假设氧气浓度在化学当量比附近的分布,对碳黑表面氧化模型中氧气摩尔浓度的计算进行了一定的修正。运用修正后的碳黑模型,结合混合分数燃烧模型对三种不同种类的层流扩散火焰进行数值模拟,结果表明,三种层流火焰的碳黑体积分数计算值和实验测量值基本吻合,表明碳黑氧化模型中氧气摩尔浓度的修正是基本合理的。