[科普中國(guó)]-淬熄

簡(jiǎn)介

淬熄也叫熄火，是指因傳熱、膨脹功將足夠的能量或活化能分子從燃燒區(qū)域移開的現(xiàn)象?；鹧娲阆▽?duì)火焰?zhèn)鞑ミ^程有很大的影響?；鹧嬖讵M縫或狹小的通道中傳播時(shí)，如果狹縫的間距或通道直徑足夠小，火焰在其中傳播一段距離后便會(huì)自動(dòng)熄滅。其中內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生火焰淬熄會(huì)導(dǎo)致HC排放增加。

淬熄的基本原理阻火器是由許多細(xì)小通道或孔隙組成的，當(dāng)火焰進(jìn)入這些細(xì)小通道后,就形成許多細(xì)小的火焰流。這些細(xì)小的火焰流在狹縫中運(yùn)動(dòng)一段距離之后就會(huì)熄滅,稱之為淬熄。一般認(rèn)為阻火器結(jié)構(gòu)能使火焰淬熄有兩種理論，一種是熱理論，另一種是連鎖反應(yīng)理論。1

熱理論冷壁效應(yīng)熱理論冷壁效應(yīng),當(dāng)火焰進(jìn)入阻火器結(jié)構(gòu)時(shí)熱損失突然增大,由于阻火器結(jié)構(gòu)的傳熱面積大，火焰經(jīng)過通道壁時(shí)產(chǎn)生大量的熱損失,溫度下降，達(dá)到一定程度火焰可以熄滅。此理論認(rèn)為燃燒所需要的必要條件之一是火焰的溫度要高于其淬熄溫度。若溫度低于其淬熄溫度,燃燒就會(huì)停止?；谶@一原理，只要將火焰溫度降到淬熄溫度以下，就可以阻止火焰的蔓延。當(dāng)火焰進(jìn)入阻火器結(jié)構(gòu)的細(xì)小通道時(shí)會(huì)被細(xì)分成許多細(xì)小火焰。在設(shè)計(jì)阻火器結(jié)構(gòu)時(shí)要盡可能擴(kuò)大細(xì)小火焰和通道壁的接觸面積，提高熱傳導(dǎo)率,使火焰的熱損失盡可能地大，從而使火焰溫度盡快下降到其淬熄溫度以下，火焰淬熄。1

連鎖反應(yīng)理論器壁效應(yīng)連鎖反應(yīng)理論器壁效應(yīng),根據(jù)燃燒與爆炸連鎖反應(yīng)理論，認(rèn)為燃燒與爆炸現(xiàn)象不是分子間直接作用的結(jié)果，而是在外來能源熱能、輻射能、電能、化學(xué)能等的激發(fā)下，使分子鍵受到破壞,產(chǎn)生活性自由基，化學(xué)反應(yīng)是靠這些自由基進(jìn)行的，這些自由基壽命短促但是很活潑。自由基與另一分子作用的結(jié)果除了生成物之外，還能產(chǎn)生新的自由基，再繼續(xù)與其它分子發(fā)生反應(yīng)。這些新的自由基反復(fù)地產(chǎn)生，又消耗又生成,如此循環(huán)，形成穩(wěn)定的燃燒。由此可知易燃混合氣體自行燃燒在開始燃燒后，沒有外界能源的作用的條件是新產(chǎn)生的自由基數(shù)等于或大于消失的自由基數(shù)。一旦火焰進(jìn)入阻火器結(jié)構(gòu)之以后，由于自由基與通道壁的碰撞幾率增大，因而與壁面發(fā)生碰撞而銷毀的自由基數(shù)量變多，參加反應(yīng)的自由基減少。當(dāng)阻火器狹縫結(jié)構(gòu)通道間距減小到一定程度時(shí)，自由基與通道壁面的碰撞作用達(dá)到一定值,新產(chǎn)生的自由基數(shù)開始小于消失的自由基數(shù)時(shí)，火焰開始熄滅。

這兩種理論都有一定的正確性，在實(shí)際作用過程中它們應(yīng)該是相互作用的。一旦火焰進(jìn)入狹縫之后，壁面中斷開始起作用，壁面熱傳導(dǎo)也開始起作用,壁面熱傳導(dǎo)使得火焰的溫度下降，從而使得火焰產(chǎn)生新自由基的能力下降，使得火焰更容易淬熄。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為熱理論是發(fā)生淬熄的主要原因，但也有人認(rèn)為邊鎖反應(yīng)理論較為接近實(shí)際。1

壁面淬熄在燃燒學(xué)中，壁面淬熄是火焰與壁面的相互作用中一個(gè)十分重要的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象對(duì)諸如火焰的駐定與吹熄、內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火、燃燒過程的優(yōu)化、降低未燃碳?xì)浠衔锱欧诺热紵龑W(xué)中關(guān)注的問題均有一定的影響。所謂壁面淬熄，是指火焰無法傳播到固體壁面附近一定距離內(nèi)的現(xiàn)象。2

淬熄的原因造成這一現(xiàn)象的原因：一方面是因?yàn)楣瘫趯?duì)火焰來說是冷源，系統(tǒng)的熱耗過大使得反應(yīng)無法進(jìn)行；另一方面是因?yàn)橛绊懛磻?yīng)的自由基在接觸壁面后會(huì)銷毀。壁面淬熄作用的機(jī)理是比較復(fù)雜的，很難用簡(jiǎn)單的一維的方法去近似處理。淬熄距離的測(cè)量是壁面淬熄研究中的另一個(gè)重要問題。從測(cè)量方法上來說，都是通過測(cè)量火焰照片中發(fā)光區(qū)邊緣與壁面的距離，來測(cè)定淬熄距離。Daniel3觀察了一個(gè)內(nèi)燃機(jī)中的火焰淬熄現(xiàn)象。Bellenoue等4通過直接拍攝近壁面的火焰位置來測(cè)量平行于和垂直于單壁壁面的甲烷預(yù)混火焰淬熄距離。Enomoto5也采用直接拍攝的方法測(cè)量燃燒管中火焰的淬熄距離。然而，對(duì)單壁面淬熄距離，特別是實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中淬熄距離的測(cè)量仍然是一項(xiàng)較困難的工作。

淬熄距離研究特點(diǎn)對(duì)于壁面淬熄距離的研究有以下特點(diǎn)：

（1）多從能量守恒的角度入手，即淬熄區(qū)域向壁面的耗散熱應(yīng)不小于從火焰面?zhèn)鬟f來的熱。

（2）研究的對(duì)象多為平行于兩平板之間的火焰、平行或垂直于單壁面的火焰以及圓內(nèi)的火焰。這些火焰都可以視為理想的平面火焰，其火焰結(jié)構(gòu)本身對(duì)淬熄距離并無影響或者影響可以忽略不計(jì)。