简介
淬熄也叫熄火,是指因传热、膨胀功将足够的能量或活化能分子从燃烧区域移开的现象。火焰淬熄对火焰传播过程有很大的影响。火焰在狭缝或狭小的通道中传播时,如果狭缝的间距或通道直径足够小,火焰在其中传播一段距离后便会自动熄灭。其中内燃机在运行过程中发生火焰淬熄会导致HC排放增加。
淬熄的基本原理
阻火器是由许多细小通道或孔隙组成的,当火焰进入这些细小通道后,就形成许多细小的火焰流。这些细小的火焰流在狭缝中运动一段距离之后就会熄灭,称之为淬熄。一般认为阻火器结构能使火焰淬熄有两种理论,一种是热理论,另一种是连锁反应理论。1
热理论冷壁效应
热理论冷壁效应,当火焰进入阻火器结构时热损失突然增大,由于阻火器结构的传热面积大,火焰经过通道壁时产生大量的热损失,温度下降,达到一定程度火焰可以熄灭。此理论认为燃烧所需要的必要条件之一是火焰的温度要高于其淬熄温度。若温度低于其淬熄温度,燃烧就会停止。基于这一原理,只要将火焰温度降到淬熄温度以下,就可以阻止火焰的蔓延。当火焰进入阻火器结构的细小通道时会被细分成许多细小火焰。在设计阻火器结构时要尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积,提高热传导率,使火焰的热损失尽可能地大,从而使火焰温度尽快下降到其淬熄温度以下,火焰淬熄。1
连锁反应理论器壁效应
连锁反应理论器壁效应,根据燃烧与爆炸连锁反应理论,认为燃烧与爆炸现象不是分子间直接作用的结果,而是在外来能源热能、辐射能、电能、化学能等的激发下,使分子键受到破坏,产生活性自由基,化学反应是靠这些自由基进行的,这些自由基寿命短促但是很活泼。自由基与另一分子作用的结果除了生成物之外,还能产生新的自由基,再继续与其它分子发生反应。这些新的自由基反复地产生,又消耗又生成,如此循环,形成稳定的燃烧。由此可知易燃混合气体自行燃烧在开始燃烧后,没有外界能源的作用的条件是新产生的自由基数等于或大于消失的自由基数。一旦火焰进入阻火器结构之以后,由于自由基与通道壁的碰撞几率增大,因而与壁面发生碰撞而销毁的自由基数量变多,参加反应的自由基减少。当阻火器狭缝结构通道间距减小到一定程度时,自由基与通道壁面的碰撞作用达到一定值,新产生的自由基数开始小于消失的自由基数时,火焰开始熄灭。
这两种理论都有一定的正确性,在实际作用过程中它们应该是相互作用的。一旦火焰进入狭缝之后,壁面中断开始起作用,壁面热传导也开始起作用,壁面热传导使得火焰的温度下降,从而使得火焰产生新自由基的能力下降,使得火焰更容易淬熄。多数学者认为热理论是发生淬熄的主要原因,但也有人认为边锁反应理论较为接近实际。1
壁面淬熄
在燃烧学中,壁面淬熄是火焰与壁面的相互作用中一个十分重要的现象。这一现象对诸如火焰的驻定与吹熄、内燃机的点火、燃烧过程的优化、降低未燃碳氢化合物排放等燃烧学中关注的问题均有一定的影响。所谓壁面淬熄,是指火焰无法传播到固体壁面附近一定距离内的现象。2
淬熄的原因
造成这一现象的原因:一方面是因为固壁对火焰来说是冷源,系统的热耗过大使得反应无法进行;另一方面是因为影响反应的自由基在接触壁面后会销毁。壁面淬熄作用的机理是比较复杂的,很难用简单的一维的方法去近似处理。淬熄距离的测量是壁面淬熄研究中的另一个重要问题。从测量方法上来说,都是通过测量火焰照片中发光区边缘与壁面的距离,来测定淬熄距离。Daniel3观察了一个内燃机中的火焰淬熄现象。Bellenoue等4通过直接拍摄近壁面的火焰位置来测量平行于和垂直于单壁壁面的甲烷预混火焰淬熄距离。Enomoto5也采用直接拍摄的方法测量燃烧管中火焰的淬熄距离。然而,对单壁面淬熄距离,特别是实际发动机燃烧室中淬熄距离的测量仍然是一项较困难的工作。
淬熄距离研究特点
对于壁面淬熄距离的研究有以下特点:
(1)多从能量守恒的角度入手,即淬熄区域向壁面的耗散热应不小于从火焰面传递来的热。
(2)研究的对象多为平行于两平板之间的火焰、平行或垂直于单壁面的火焰以及圆内的火焰。这些火焰都可以视为理想的平面火焰,其火焰结构本身对淬熄距离并无影响或者影响可以忽略不计。