CO/H2混合气体爆炸反应化学动力学数值实验研究

摘要

随着可燃气体能源在能源结构中重要性的增加，国内外学者对多元气体爆炸特性的研究也越来越多。能源气体爆炸特性的数值模拟研究中，气体多以含有甲烷的混合气体为主;对仅含一氧化碳和氢气的混合气体燃爆特性的研究，通常以高温高压条件下的合成气为对象。一氧化碳和氢气作为冶金炉煤气的有效成分，在其回收和显热的利用过程中通常为高温、常压条件，目前在这一条件下的数值实验研究还比较少。本文主要采用大型化学动力学软件Chemkin进行数值模拟，以冶金炉煤气为对象，探究高温常压条件下该类可燃气体的燃烧爆炸特性。
　　本文根据A.Frassoldati等对H2和CO混合气体的燃烧模型编写了机理文件并建立了数值模拟模型。根据相关学者对冶金炉煤气爆炸特性的实验研究，选取合适参数，将实验结果与模拟结果进行对比分析，发现模型在当量比附近具有很好的适应性。
　　在此基础上，对CO/H2混合气体的反应机理进行数值模拟研究,得到了以下结论:
　　(1) CO/H2混合气体与空气的反应属于较复杂的链分支反应。
　　(2)混合气体氧化的过程中，CO+OH=CO2+H(R23)是CO主要的氧化机理;当混合气体中CO含量不变，且惰性气体的种类不变时，混合气体中H2的含量在1％～10％范围内变化对最佳反应浓度的大小基本没有影响，但H2含量的增加，促进了CO的转化，且减小了反应的诱导时间。
　　(3)当混合气体中H2和CO的含量不变时，惰性气体的成分对最佳反应浓度有较大的影响;CO2含量的增加，混合气体的平衡温度和压力都降低，并且反应的诱导时间增加，CO2对反应的抑制作用比N2更强。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文目的及内容

第2章 可燃气体爆炸理论与化学动力学基本模型

2．1 可燃气体爆炸理论

2．1．1 热爆炸

2．1．2 支链爆炸

2．2 基本数学模型

2．3 数值计算模型

2．3．1 平衡模型

2．3．2 均质反应模型

第3章 数值模拟方法的验证

3．1 反应机理及其测定方法

3．1．1 反应机理

3．1．2 测定机理的方法

3．2 CO／H2爆炸反应机理文件

3．2．1 机理文件的描述

3．2．2 机理文件的编写

3．3 数值模拟模型的验证

3．3．1 数值模拟过程

3．3．2 实验结果与模拟结果对比

第4章 混合气体爆炸反应机理的数值实验研究

4．1 数值模拟参数的确定

4．2 影响混合气体爆炸的关键基元反应分析

4．3 最佳反应浓度变化规律

4．3．1 最佳反应浓度基本概念

4．3．2 不同含量H2对混合气体最佳反应浓度的影响

4．3．3 平衡气比例对混合气体最佳反应浓度的影响

4．4 贫氧状态下反应机理

4．5 本章小结

第5章 H2对混合气体爆炸过程影响的数值实验及分析

5．1 H2对温度和压力的影响分析

5．1．1 对平衡状态下温度和压力的影响

5．1．2 不同含量的H2对温度变化规律的影响

5．1．3 不同含量的H2对压力变化规律的影响

5．2 H2对混合气体影响的机理分析

5．2．1 对反应物浓度变化的影响

5．2．2 对关键基元反应影响的分析

5．2．3 各反应对H2的敏感性的分析

5．2．4 关键自由基分析

5．3 本章小结

第6章 惰性气体对混合气体爆炸过程影响的数值实验及分析

6．1 不同组分的惰性气体对温度和压力的影响分析

6．1．1 对平衡状态下温度和压力的影响

6．1．2 不同组分的惰性气体对温度变化规律的影响

6．1．3 不同组分的惰性气体对压力变化规律的影响

6．2 不同组分惰性气体对混合气体影响的机理分析

6．2．1 对反应物浓度变化的影响

6．2．2 对关键基元反应影响的分析

6．2．3 关键自由基分析

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

附录