清华大学Su, Xingyu与任祝寅等：截面法模拟层流火焰中烟尘形成的不确定性分析
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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Combustion and Flame
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Uncertainty analysis of soot formation in laminar flames simulated with a sectional method
Su X.; Cleary M.J.; Zhou H.; Ren Z.; Masri A.R.
Published：2024-07-01
DOI：10.1016/j.combustflame.2024.113430
研究背景
在当今社会，烟尘排放是一个备受关注的环境问题。然而，对于烟尘形成过程的不确定性却一直是研究领域中的一个难题。科学家们一直在努力寻找方法来准确预测烟尘的特性，如颗粒大小分布和烟尘体积分数。
研究内容
最近一篇发表在《燃烧与火焰》杂志上的论文提出了一种新的不确定性分析方法，结合了灵敏度分析和主动子空间方法。该方法使用了一个分段式烟尘动力学方案，针对两个层流基准火焰进行了演示：以乙烯为燃料的燃烧器稳定窒息火焰（BSS）和以甲烷为燃料的耶鲁燃烧器上的层流扩散火焰。
研究发现，通过对动力学样本集的不确定性进行比较，可以获得颗粒大小分布的不确定性，并通过主动子空间和响应曲面技术定量评估烟尘体积分数的不确定性。在燃烧器稳定窒息火焰中，假定烟尘动力学不确定性系数为UF=3时，不同高度处的烟尘体积分数的不确定性约为SVF<sub>max</sub>/SVF<sub>min</sub>≈3。而在耶鲁火焰中，95%置信区间内的峰值烟尘体积分数（PSVF）和中心线上的峰值烟尘体积分数（PSVF-c）分别在[0.91, 1.41] ppm和[0.84, 1.08] ppm的范围内。
此外，研究还定量分析了不同烟尘形成阶段中每个反应对新定义的烟尘进展变量的敏感性。结果显示，在烟尘形成的早期阶段，烟尘体积分数主要受核形成反应的控制，而在烟尘演化的后期阶段，表面反应逐渐变得重要。最终，在耶鲁火焰的结果中，表面生长反应的敏感性减弱，氧化和碎裂反应则控制了烟尘颗粒的演化。
研究意义
这项研究首次定量分析了燃烧中烟尘形成的不确定性结果，有助于揭示研究火焰中烟尘形成的控制机制。这一创新性研究为我们更深入地了解烟尘形成过程提供了重要的见解，为环境保护和燃烧工程领域的发展提供了有益的参考。
希望这篇简明易懂的文章能够帮助你更好地了解燃烧与火焰领域的最新研究成果！
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