2024年3月16日发(作者：宗华容)
中国工程热物_理学会
编号：994058
燃烧掌学术会议
H：一o：混气系着火“半岛”现象的数值验证幸
高泰荫赵永坚秉自彬信一兵
(末北大学热能工程系．沈阳110006)
摘要基于链锐分支爆炸理论，研究封闭空间HrO：化学计量混气系的着火现
象． 建立由自由基基元反应动力学关系、反应遵率定律和能量守恒定律决定的过程
数学描 述，用Gear算法求解具有“剐性”特征的常微分方摇缱．计算得到包括对
过程起决 定作用的自由基中间物种和反应生成物浓度以及系统温度的变化规律，在
P·T坐标面
上扫描获得了与经典实验结果完全一致的着火界限曲线。针对传统热力理论的缺陷，
对着火界限曲线的。半岛”现象和三个爆炸极限的存在给出理论证明。
关键词H’-02混气链镄分支爆炸着火“半岛”
自rh基基元反应动力学
热力理论在燃烧学中占有重要地位，诸如着火、燃烧波传播等过程基本规律的经典
学说都是依据热力理论而建立的。迄今为止，着眼于热效应原理而建立起来的认识燃烧
现象发生和发展规律的热力理论体系仍然是燃烧学的核心基础。但是尽管如此，由于热
力理论毕竟是回避了燃烧现象自由基链锁化学反应的本质属性，也就难免存在缺陷。使
得在以热力理论为支撑的经典燃烧学中遗留着未能用理论描述的实验事实和未及建立理
论认识的未知领域，气体可燃混合物爆炸极限的“半岛”现象就是一例。
对于封闭体系可燃混合气的着火过程，热力理论从系统升温、反应加速，直到反应
系统与周围环境间热平衡被破坏而引发着火爆炸的角度，给出着火温度与着火临界压力
之间的单值关系。称之为着火界限曲线。实验结果却并非如此；碳氢燃料与氧混合物的
着火界限曲线呈“半岛”形状，在低压下着火温度与着火临界压力之间并不是单值关系。
这一实验结果无法用热力理论加以解释，迄今人们只能基于燃烧的自由基链锁化学反应
原理对实验现象予以分析认定呱
着火界限的“半岛”现象深刻地反映了燃烧的自由基链锁分支反应本质。近年来，
由于基元反应动力学理论的发展和计算技术的进步，使本质地研究燃烧现象成为可能。
建立链锁着火理论，为热力理论提供辅助和补充，为完善燃烧学基本理论所需【2”3】。本
文从自由基基元反应动力学理论出发，针对封闭空间H，O：混气系自燃爆炸极限的·‘半
岛”现象，建立过程的数学描述{运用当代的Oear自动变阶变步长的计算技术，对
以
“刚性”为突出特点的常微分方程组完成数值求解。尝试着火“半岛”现象的理论证明。
1数学模型
1．{反应体系
充满当量浓度Hz·02混气的有限容积封闭系统，处于温度瓦和压力岛的初始条件
F。 假设：
厨家自然科学基金资助项目f5977602,4)
Ⅳ一77
引起系统温度变化，但系统中的温度、压力和组
和混合效应，化学反应在良好搅拌器内进行 由链锁着
火原理，可列出H，02湿气系着火过程发生的基元反应如、表1，袭中一和
丑为反应速率常数表达式中的系数，表达式的形式为：k=Aexp(一B／T)．
表1
H2-02混气系燃烧基元反应及其动力学数据阻‘。”
编号
J
2
3
4
5
6
7
暑
9
10
反
H，q一20H
应
一(tool，S，k一)
】．f10E+08
5．50E+07
2．20E+07
2，20E+08
l 37E+7
5 10E+03
12
j2
12
12
2．00E+6
6．50E+5
2 50E+8
3 00E+8
7 30E十，
2 50E+7
1．20E+Il
1．70E+6
1．00E+7
1．00E+7
2．80E+7
6．80￡+7
9．30E+7
1．30E十7
6．22E+6
6 30E+6
2．49E+5
l_26E+4
1．03E+3
9．10E+2
曰；岛情(J／t000
反应热h(J／t001)
35194-777‘Is
29loo
2590
8450
4480
·500
O．0
00
0．0
0．0
0．0
9440
950
2000
00
H2+q—HD2+H
H2+OH—H20+H
-23865l
64000
．70660
．8247
199451
0
0
0
0
177163
223200
159707
236170
H峨--OH+O
H，+O—H+0H
H+O，+M—H0，+M
H—wall
O—wa¨
OH—wall
HO，一wa[1
HO'十H，一H，O+OH
ll
H0'十H旺一H，O，+O，
12
13
Ho、+H一20H
14
HO，H--H20+O
15
H02+H2一H202÷H
16
H，O，+H—H，+O，
17
350
20000
1900
1810
910
3224
9524
10250
0．0
3500
550
0．0
0．0
0．0
2550
0．0
0．0
52290
-614鹞
238651
-217228
61488
285257
125549
53271
·72279
-64000
70660
8247
72270
n扣2+M一20H+M
18
H，O，+H—H，+}IO，
19
H，O’+H—H，O+OH
20 H，0，+OH—H，O+HO，
2l
H，O'十O—-OH+HO，
22
H，0+o一20H
23
H，O+H--H，+OH
24
OH+O—H+O，
25 OH+H—·H，+o
26 OH+OH—H，O+O
27
H+OH+M--H，0+M
28
502544
430266
428483
217587
503026
303576
-505682
H_吼M—Ol{+M
o岫+M—o'+M
29
H+H+M--H，+M
30
OH十OH—H，O，
3l
5．floE+2
6
0E+6
2 20E十10
2．20E十8
1．20E+8
32
HO，十OH—H，O+O，
33
H’(HM--H+OH+M
34
H1+M—H十H十M
35
48350·“1475
54250
-503026
o’+M．．0州计M
Ⅳ一78
2024年3月16日发(作者：宗华容)
中国工程热物_理学会
编号：994058
燃烧掌学术会议
H：一o：混气系着火“半岛”现象的数值验证幸
高泰荫赵永坚秉自彬信一兵
(末北大学热能工程系．沈阳110006)
摘要基于链锐分支爆炸理论，研究封闭空间HrO：化学计量混气系的着火现
象． 建立由自由基基元反应动力学关系、反应遵率定律和能量守恒定律决定的过程
数学描 述，用Gear算法求解具有“剐性”特征的常微分方摇缱．计算得到包括对
过程起决 定作用的自由基中间物种和反应生成物浓度以及系统温度的变化规律，在
P·T坐标面
上扫描获得了与经典实验结果完全一致的着火界限曲线。针对传统热力理论的缺陷，
对着火界限曲线的。半岛”现象和三个爆炸极限的存在给出理论证明。
关键词H’-02混气链镄分支爆炸着火“半岛”
自rh基基元反应动力学
热力理论在燃烧学中占有重要地位，诸如着火、燃烧波传播等过程基本规律的经典
学说都是依据热力理论而建立的。迄今为止，着眼于热效应原理而建立起来的认识燃烧
现象发生和发展规律的热力理论体系仍然是燃烧学的核心基础。但是尽管如此，由于热
力理论毕竟是回避了燃烧现象自由基链锁化学反应的本质属性，也就难免存在缺陷。使
得在以热力理论为支撑的经典燃烧学中遗留着未能用理论描述的实验事实和未及建立理
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对于封闭体系可燃混合气的着火过程，热力理论从系统升温、反应加速，直到反应
系统与周围环境间热平衡被破坏而引发着火爆炸的角度，给出着火温度与着火临界压力
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着火界限曲线呈“半岛”形状，在低压下着火温度与着火临界压力之间并不是单值关系。
这一实验结果无法用热力理论加以解释，迄今人们只能基于燃烧的自由基链锁化学反应
原理对实验现象予以分析认定呱
着火界限的“半岛”现象深刻地反映了燃烧的自由基链锁分支反应本质。近年来，
由于基元反应动力学理论的发展和计算技术的进步，使本质地研究燃烧现象成为可能。
建立链锁着火理论，为热力理论提供辅助和补充，为完善燃烧学基本理论所需【2”3】。本
文从自由基基元反应动力学理论出发，针对封闭空间H，O：混气系自燃爆炸极限的·‘半
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“刚性”为突出特点的常微分方程组完成数值求解。尝试着火“半岛”现象的理论证明。
1数学模型
1．{反应体系
充满当量浓度Hz·02混气的有限容积封闭系统，处于温度瓦和压力岛的初始条件
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厨家自然科学基金资助项目f5977602,4)
Ⅳ一77
引起系统温度变化，但系统中的温度、压力和组
和混合效应，化学反应在良好搅拌器内进行 由链锁着
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表1
H2-02混气系燃烧基元反应及其动力学数据阻‘。”
编号
J
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