DMMP對二甲醚層流預混火焰的影響研究

殷永豐，邱 榕

(中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室，合肥，230026)

DMMP對二甲醚層流預混火焰的影響研究

殷永豐，邱 榕*

(中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室，合肥，230026)

二甲醚(DME)作為可再生的清潔燃料，因為其優(yōu)越的性能而越來越受關(guān)注，但與此同時其燃燒的安全性卻容易被忽視。自蒙特利爾議定書以后，含磷化合物成為抑制碳氫化合物火焰最理想的鹵代烷替代物，選取甲基磷酸二甲酯(DMMP)應用于二甲醚火焰，基于分層結(jié)構(gòu)首次構(gòu)筑了DME/DMMP詳細化學反應機理。通過模擬研究發(fā)現(xiàn)，DMMP對DME層流預混火焰表現(xiàn)出與碳氫火焰同樣明顯的抑制作用。進一步進行火焰抑制機理分析，結(jié)果顯示DMMP對DME層流火焰的抑制主要是因為 PO2和HOPO的循環(huán)反應促進了H和OH重組，同時得出DMMP對DME富燃火焰抑制更有效的結(jié)論。

二甲醚；含磷化合物；層流預混火焰；化學反應機理；火焰抑制

0 引言

由于石油資源短缺且人們環(huán)保意識增強，可再生的清潔燃料日益成為當今的一個研究熱點。目前，可再生燃料主要有甲醇、乙醇、生物柴油和二甲醚(DME)等[1]，其中二甲醚是由生物質(zhì)和現(xiàn)存礦物燃料等可再生能源合成的清潔燃料[2]，成為國內(nèi)外競相研發(fā)的碳化工產(chǎn)品。作為民用燃料氣，其儲運、預混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標均優(yōu)于石油液化氣(LPG)，是LPG和城市煤氣的替代燃料[3]，同時，二甲醚也是柴油發(fā)動機的理想燃料，因為十六烷值高(CN>55)所以不存在汽車冷啟動問題，因為不存在碳碳鍵所以PM和煙塵排放低[2,4]，未來將主要用于替代汽車燃油，市場前景極為廣闊。

但是，二甲醚熔點和沸點極低，常溫常壓下呈氣體或壓縮液體狀態(tài)，屬于易燃氣體，與空氣混合易形成爆炸性混合物，存在很大的火災危險性。所以，關(guān)注燃燒安全，抑制二甲醚火焰的燃燒，顯得尤為重要，這也是人們在關(guān)注二甲醚應用前景的同時很容易忽略的一個問題。自鹵代烷滅火劑被逐漸取代后，含磷化合物成為抑制碳氫火焰的最好抑制劑，其中DMMP是目前應用最廣的含磷火焰抑制劑。然而，DME與烴類碳氫化合物存在著一定的差異，因此DMMP對DME燃燒的影響很值得展開深入研究。

近年來，國內(nèi)外學者對DME進行了大量的基礎(chǔ)實驗和計算機模擬研究，主要集中在DME層流預混火焰的燃燒上。Fuest等[5]研究了兩種不同雷諾數(shù)的湍流部分預混DME/空氣射流火焰并得到其火焰結(jié)構(gòu)；Qin和Ju[6]用新型泄壓式球彈的方法測量了高壓下DME/空氣預混火焰的層流燃燒速度；Wang等[7]則在測DME/空氣預混火焰的層流火焰速度和熄火拉伸率的同時改進了DME的化學反應動力學模型；之后，Zhao、Lowry和Huang等[8-10]學者又用其他方法精確測定了DME在空氣中的燃燒速度。與此同時，對DME熱解和氧化過程的研究則主要集中在化學反應動力學機理研究和簡化上。Dagaut等[11]首先提出了DME的半詳細動力學模型，之后，Curran等[12]提出了另一個包含78個化學組分、336步化學反應的半詳細動力學模型，并被Pfahl等[13]通過著火延遲時間進行了驗證。后來，Daguat等[14]將低溫反應路徑和Curran等[12]提出的DME機理中的高溫反應路徑進行了合并。不久，F(xiàn)isher和Curran等[15,16]進一步精確改進DME機理，并用低溫和高溫條件下連續(xù)反應器熱解的結(jié)果對其進行了驗證。近來，一個比較全面的DME熱解和氧化模型是Zhao等[17]提出的。為了縮短計算機模擬的計算時間，Yamada等[18]、Kim等[19]、Liang[20]各自對 Curran等[16]的機理進行了簡化，而后Chin等[21]又對Zhao等[17]的機理進行了進一步簡化。

綜上所述，目前以DME為主體的研究已逐漸成為研究熱點，除了噴射和引擎的研究外，大量的實驗和數(shù)值模擬研究主要集中在層流預混火焰的燃燒速度和詳細化學反應動力學機理及其機理簡化上，對DME火焰抑制的研究仍是空白，因此，本文旨在展開DME對二甲醚層流預混火焰影響的研究，為DME的燃燒安全提供一定的理論指導。

1 基于分層結(jié)構(gòu)的詳細化學反應機理構(gòu)筑

由于之前的研究[11-21]只得到了DME在空氣中燃燒的機理，對于添加含磷抑制劑后的情況卻沒有一個完整的機理。在此基礎(chǔ)上，本文通過詳細研究H2、CO、C1、C2氧化機理和含磷化合物反應機理，基于分層結(jié)構(gòu)建立本文所使用的DME/DMMP化學反應動力學模型。

1.1 DME詳細化學反應機理

碳氫化合物的化學氧化過程分為燃料分解反應、初始自由基反應、鏈支化反應和重組反應四個過程，而碳氫化合物反應機理的發(fā)展都是由H2、CO、CH4以及C2燃燒機理中最敏感的基元反應構(gòu)成的[22]?；诖?，本文選取了Kaiser 等[23]2000年提出的DME化學反應機理，該機理包含4種元素，79個組分，351步反應，并且在一個很寬的溫度、壓力和當量比范圍內(nèi)得到了驗證[15,16,23]。

1.2 含磷化合物反應機理

1990年蒙特爾公約之后，為了尋找有效的鹵代烷替代物，含磷化合物逐漸被用來作為火焰抑制劑[24,25]。Twarowski[26-28]的早期研究證明磷化氫(PH3)可以加速氫氧化中自由基的重組，進一步研究[29]發(fā)現(xiàn)，含磷化合物通過產(chǎn)生的一小部分含磷小分子催化自由基重組：

H+PO2+M→HOPO+M

(1a)

HOPO+H→H2+PO2

(1b)

OH+PO2+M→HOPO2+M

(2a)

H+HOPO2→H2O+PO2

(2b)

這些反應大量消耗活潑的氫原子和氫氧自由基，生成穩(wěn)定的氫氣和水。H、O和OH對于火焰?zhèn)鞑ゾ哂兄匾饬x，尤其是氫原子，因為氫和碳氫化合物的主鏈鏈支化反應是H+O2→OH+O?？焖俚幕磻惯@些自由基相互連接，并且通過復合重組相應地減小它們的濃度從而去除他們，導致反應區(qū)的氫原子更少，從而降低了鏈支化反應，降低了預混火焰的燃燒速率，達到火焰抑制的效果，控制火焰的進一步傳播和擴散。在大多數(shù)含磷化合物抑制動力學模型的研究中，HOPO+OH→PO2+H2O的反應也被包含在內(nèi)。因此，在火焰抑制中最受關(guān)注的物質(zhì)是那些磷的含氧酸，如HOPO，PO2，HOPO2。

Jayaweera等[30]學者認為，在貧燃和富燃火焰中，H、O和OH分別控制了“自由基池”反應，所以分別對HOPO+H和HOPO2+H路徑做BAG-G2分析，將上述(1b)和(2b)更詳細的反應看做是一個多通路的反應：

HOPO+H→PO2+H2

(1c)

HOPO+H?PH(OH)O?

P(OH)2→PO+H2O

(1d)

HOPO+H?P(OH)2→PO+H2O

(1e)

HOPO2+H?HPO(OH)O?

PO(OH)2→H2O+PO2

(2c)

HOPO2+H?PO(OH)2→H2O+PO2

(2d)

在Jayaweera等人研究的基礎(chǔ)上，本文所使用的磷機理包含44個含磷組分和213步含磷基元反應，其中，小型含磷物質(zhì)的氧化機理90步，DMMP氧化機理109步，TMP氧化機理14步。

最后，本文在Kaiser和Jayaweera的反應動力學模型基礎(chǔ)之上，基于分層結(jié)構(gòu)建立了完整的DME/DMMP化學反應機理，該機理包含5種元素，123個元素，564步基元反應。

2 模型及計算方法

本文采用CHEMKINPro軟件中PREMIX模塊和層流火焰速度模型進行數(shù)值模擬，初始溫度298K，壓力1atm，出口速度40. 0cm/s，網(wǎng)格點之間的自適應梯度GRAD為0.1，自適應斜率CURV為0.1，最大網(wǎng)格數(shù)為200，絕對和相對誤差分別為1.0E-9和1.0E-4，時間步長的絕對誤差為1.0E-6，相對誤差為1.0E-6，考慮多組分輸運和熱擴散，采用迎風差分格式。本文以甲基磷酸二甲酯(DMMP)為例，研究含磷化合物對二甲醚/空氣自由擴散預混火焰的影響，當量比(Φ)從0.8到1.3，增量為0.1，DMMP的添加量為0，0.1%和0.3%體積分數(shù)。

3 DMMP對二甲醚層流預混火焰燃燒特性的影響

3.1 層流火焰速度

火焰速度是燃料燃燒一個非常重要的性能指標，擁有較高的燃燒速度表明該燃料火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，有著較高的火災爆炸危險性。同時，層流火焰速度也常被用來驗證機理的正確性，以及表征火焰抑制劑的抑制效果。圖1為溫度298 K，壓力1 atm，當量比從0.8到1.3 ，不同DMMP添加量下，DME火焰的層流燃燒速度?？梢钥闯觯禾砑覦MMP使層流火焰速度受到有效抑制，同時火焰速度的峰值向著當量比減小的方向偏移。

圖1 DME層流火焰速度隨當量比變化曲線Fig.1 Laminar flame velocity of DME vs. equivalent ratio

3.2 主要火焰自由基

燃燒的本質(zhì)是游離基的連鎖反應，分為鏈引發(fā)、鏈傳遞和鏈終止三個階段，而在這其中起傳遞作用的游離基主要是H、O和OH自由基，尤其是H和OH自由基。圖2和圖3分別給出了DMMP添加量為0%、0.1%、0.3%的貧燃(Φ=0.8)、富燃(Φ=1.3)和理論配比火焰中H和OH自由基的摩爾分數(shù)，實線代表不摻雜火焰，虛線和點線分別代表摻雜了0.1%DMMP和0.3%DMMP的火焰。從圖2與圖3中可以明顯看出，DMMP顯著減小了關(guān)鍵火焰自由基的濃度，但富燃中這種減少的程度比貧燃大，理論配比居于兩者之間，所以隨著當量比的增加，這種減少程度逐漸增強。同時，富燃中H比OH自由基濃度高，而貧燃中OH自由基的濃度更高，這可能與富燃情況下燃料未能充分氧化有關(guān)。添加含磷化合物從根本上促進了H和OH自由基的重組，從而降低了火焰中H和OH自由基的濃度，抑制了火焰的燃燒。由于層流火焰速度與自由基的濃度存在一定的線性關(guān)系[31]，所以這一現(xiàn)象可以用來解釋添加DMMP后，層流火焰速度降低的原因。

圖2 H隨火焰距離的變化曲線Fig.2 Mole fraction of H vs. flame distance

圖3 OH隨火焰距離的變化曲線Fig.3 Mole fraction of OH vs. flame distance

3.3 主要反應物和產(chǎn)物

圖4～圖6給出了主要反應物CH3OCH3、O2和主要生成物H2O、CO、CO2計算結(jié)果。無論是在貧燃、富燃還是理論配比情況下，CO濃度曲線先迅速上升，而后有一個短暫的下降，最終才趨于穩(wěn)定，通過分析，原因是在比較高的溫度下，部分CO又被氧化為CO2。在貧燃(Φ=0.8)情況下，CO幾乎全部被氧化成CO2，而在富燃(Φ=1.3)情況下，CO部分被氧化成CO2。同時，富燃火焰中添加DMMP促進了CO的生成，這說明DMMP參與了反應，含磷化合物中的氧促進了燃料的氧化。

通過以上分析可以看出，DMMP降低了二甲醚火焰的燃燒速度，促進了H和OH自由基的重組，并且參與了燃料的氧化反應，所以DMMP對二甲醚層流預混火焰表現(xiàn)出明顯的抑制作用。那么，DMMP究竟如何抑制二甲醚燃燒，有待進一步研究。

4 DMMP對二甲醚層流預混火焰的抑制機理分析

4.1 磷機理中主要含磷化合物的相互轉(zhuǎn)化

在含磷化合物的火焰抑制機理中，主要起火焰抑制作用的是HOPO和HOPO2兩種重要的含磷羥基酸[30]。圖7為磷機理中部分重要含磷化合物反應濃度隨時間變化的計算結(jié)果，DMMP添加量為0.3%，添加的DMMP隨空氣進入反應器，在火焰區(qū)內(nèi)迅速消耗，轉(zhuǎn)化成其他多種含磷小組分，其中PO2、HOPO和HOPO2迅速生成，最后逐漸達到穩(wěn)定，但是HOPO和HOPO2在達到穩(wěn)定之前有一個先增加后減少的過程，即呈現(xiàn)出一個生成和消耗的振蕩過程，并且HOPO的這種振蕩在貧燃(Φ=0.8)情況下表現(xiàn)得更加明顯，其實這種振蕩產(chǎn)生的原因可能跟基元反應的循環(huán)過程有關(guān)。由于在富燃火焰(Φ=1.3)中，H比OH濃度高，消耗H的主要反應是HOPO2+H→PO2+H2O，在貧燃火焰(Φ=0.8)中，OH比H濃度高，消耗OH的主要反應是HOPO+OH→PO2+H2O，所以在貧燃條件下，HOPO比HOPO2含量低，而在富燃條件下，HOPO比HOPO2含量高。在三種工況下，HOPO都是最先開始快速生成，并且隨著當量比的增加，HOPO的穩(wěn)定量也逐漸增加，這說明HOPO對火焰的抑制更加高效，同時HOPO在復燃情況下表現(xiàn)更出色。

圖4 貧燃火焰(Φ=0.8)主要反應物和產(chǎn)物隨火焰距離的變化曲線Fig.4 The mole fraction of main reactant and product vs. flamedistance(Φ=0.8)

圖5 理論配比燃燒(Φ=1.0)主要反應物和產(chǎn)物隨火焰距離的變化曲線Fig.5 The mole fraction of main reactant and product vs. flame distance(Φ=1.0)

圖6 富燃火焰(Φ=1.3)主要反應物和產(chǎn)物隨火焰距離的變化曲線Fig.6 The mole fraction of main reactant and product vs. flame distance(Φ=1.3)

圖7 磷機理部分組分隨火焰距離的變化曲線Fig.7 The mole fraction of main phosphorus components vs. flame distance

圖8 主要含磷化合物PO2的生成速率曲線Fig.8 Rate-of-Production of PO2

4.2 主要基元反應對PO2生成速率的影響

在火焰抑制中最受關(guān)注的物質(zhì)是那些磷的含氧酸，如PO2、HOPO、HOPO2，除了HOPO和HOPO2外，PO2也是衡量火焰抑制效果的重要物質(zhì)，這里用PO2生成速率來評價主要含磷物質(zhì)對H和OH重組反應的參與。圖8中的曲線分別表示在貧燃火焰(Φ=0.8)、理論配比和富燃(Φ=1.3)中主要含磷基元反應參與生成/消耗PO2的情況，其中DMMP添加量為0.3%。為了清楚地描繪和觀察，我們只給出了一些數(shù)量級較高的基元反應的情況。正如圖8中三種火焰結(jié)果曲線所看到的，生成PO2的原始反應最主要是HOPO+OH→PO2+H2O和HOPO+O→OH+PO2，同時反應HOPO2+H→PO2+H2O也很重要。除此之外，反應HOPO+H→PO2+H2在富燃情況下起作用，在貧燃下基本可以忽略，這可能是因為富燃火焰中H的濃度比OH濃度高。

三種火焰消耗PO2的主要反應相同，都是PO2+H+M→HOPO2+M，同時它和H與OH自由基重組生成H2O的反應HOPO+OH→PO2+H2O構(gòu)成了一個催化循環(huán)，可以看出這一反應循環(huán)對火焰抑制起最重要作用。除此之外，另一個消耗PO2的反應是PO2+OH+M→HOPO2+M，但是該反應與反應PO2+H+M→ HOPO+M相比，基本可以忽略，不過該反應在貧燃情況下的表現(xiàn)相對更加劇烈，這可能與貧燃情況下OH自由基的濃度更高有關(guān)。

4.3 含磷基元反應對生成H和OH自由基的影響

本文研究了主要含磷物質(zhì)對火焰自由基生成和消耗的貢獻，研究發(fā)現(xiàn)影響自由基生成和消耗最重要的三種含磷物質(zhì)按計算排序分別為PO2，HOPO和HOPO2。為了找出對火焰抑制最重要的基元反應，本文將與火焰自由基有關(guān)的基元反應的生成速率對火焰距離進行積分，得到基元反應對生成主要火焰自由基的貢獻值：

(1)

其中x是火焰距離，單位是cm，如果物質(zhì)j是基元反應i的生成物或反應物，r(i,j,x)取基元反應i在距離x處反應生成速率值或其相反值，否則如果物質(zhì)j沒在基元反應i中，r(i,j,x)則取零。

圖9 含磷基元反應對生成H的貢獻圖Fig.9 Contribution value of H for elementary reactions

圖10 含磷基元反應對生成OH的貢獻圖Fig.10 Contribution value of OH for elementary reactions

圖9和圖10分別給出了二甲醚/空氣預混火焰在當量比為0.8、1.0和1.3情況下，添加0.3%的DMMP基元反應對生成H和OH自由基的貢獻值。我們僅僅只關(guān)注含磷化合物對火焰的影響，所以這里只考慮了有關(guān)含磷物質(zhì)的基元反應。為了便于計算與觀察，圖中給出的是對自由基的生成和消耗影響最大的反應。

從圖9很容易看出：對消耗H貢獻最大的基元反應都是：

R379 PO2+H+M=HOPO+M

類似地，如圖10所示，對消耗OH自由基貢獻最大的基元反應是R383和R359，兩個反應的方程式相同，都是HOPO+OH=PO2+H2O。

另外，對生成OH自由基都有最積極促進作用的基元反應是：

R381 HOPO+O=OH+PO2

從上面的分析可以看出，對H和OH的消耗最敏感的反應分別是：PO2+H+M=HOPO+M和HOPO+OH=PO2+H2O，這兩個反應實際上是PO2和HOPO的循環(huán)反應，加在一起其實是H和OH的重組反應。也就是說，PO2和HOPO的循環(huán)反應促進了H和OH重組，降低了火焰中的主要自由基的濃度，從而抑制了火焰燃燒。

4.4 含磷基元反應對生成H和OH自由基的敏感性分析

本文進一步運用敏感性分析確定對火焰自由基影響最大的基元反應，并且以此作為火焰抑制的重要指標，分析應用CHEMKINPro程序中PREMIX模塊計算的一階敏感性系數(shù)，將其對火焰距離進行積分，得到基元反應影響火焰自由基濃度的敏感性值：

(2)

圖11 含磷基元反應對生成H的敏感性Fig.11 Sensitivity of H for elementary reactions

其中Sen(i,j)表示基元反應i影響自由基濃度的敏感性；s(i,j,x)表示基元反應i對火焰自由基j的一階敏感性系數(shù)；x是火焰距離，單位是cm。在這里，一階敏感性系數(shù)是指某原子或自由基關(guān)于某單個基元反應的質(zhì)量分數(shù)的標準化導數(shù)。所以，敏感性為負值表示增加反應速率會降低火焰自由基的濃度，即抑制火焰的燃燒，相反敏感性為正值則表示增加反應速率會促進自由基的生成，升高火焰自由基的濃度，即促進火焰的燃燒。圖11、圖12給出了添加0.3%DMMP的情況。

從圖11中可以明顯看出，在貧燃(Φ=0.8)和理論配比情況下，關(guān)于H敏感的主要含磷反應是：

R379 PO2+H+M=HOPO+M

R361 HOPO2+H=PO2+H2O

對H原子濃度的敏感性為負值，抑制火焰的發(fā)生。對H原子敏感的最主要的含磷基元反應是PO2+H+M=HOPO+M，這與上面生成火焰自由基的貢獻分析所得出的結(jié)果一致。在富燃(Φ=1.3)情況下，關(guān)于H有負的敏感性的基元反應主要是：

R381 HOPO+O=OH+PO2

關(guān)于H有正的敏感性基元反應主要是：

R383 HOPO+OH=PO2+H2O

R359 HOPO+OH=PO2+H2O

這些反應與H都無直接關(guān)系，它們主要通過影響H和OH的重組從而影響H。

一個值得關(guān)注的問題是，在富燃火焰中，R383PO2+OH=HOPO2對H原子的敏感性為正值，如圖11(b)所示，這一結(jié)果說明增加該反應的化學反應速率會促進火焰中H原子的生成，然而在貧燃火焰中，該反應的敏感性沒有任何明顯的表現(xiàn)，基本可以忽略。本來H和OH對H和OH重組反應都是促進作用，也就是說引入OH自由基對H是負的敏感性，但該反應卻是相反的影響，這一改變可能是因為HOPO和PO2的循環(huán)比重組反應更加高效。同時，HOPO2+H=PO2+H2O有比PO2+OH=HOPO2稍弱的敏感性，這說明在貧燃火焰中HOPO和PO2的循環(huán)比HOPO2的循環(huán)更有效。在富燃火焰中，關(guān)于H敏感的基元反應都與HOPO和PO2的循環(huán)直接相關(guān)。

綜上所述，HOPO是比HOPO2更好的催化H和OH重組的物質(zhì)，在富燃火焰中，HOPO比在貧燃中更多，所以可以認為含磷化合物對富燃火焰的抑制效果更有效。

圖12 含磷基元反應對生成OH的敏感性Fig.12 Sensitivity of H for elementary reactions

如圖12所示，在貧燃(Φ=0.8)情況下，關(guān)于OH自由基有負的敏感性的最主要含磷反應是：

R379 PO2+H+M=HOPO+M

這與上面生成火焰自由基的貢獻分析所得出的結(jié)果一致。

關(guān)于OH自由基有正的敏感性的主要含磷反應是：

R394 PO2+HO2=OH+PO3

在理論配比(Φ=1.0)情況下，關(guān)于OH自由基有負的敏感性的最主要含磷反應是：

R383 HOPO+OH=PO2+H2O

關(guān)于OH自由基有正的敏感性的主要含磷反應是：

R379 PO2+H+M=HOPO+M

在富燃(Φ=1.3)情況下，關(guān)于OH自由基有負的敏感性的主要含磷基元反應是：

R357 HOPO+O+M=HOPO2+M

R380 HOPO+H=H2+PO2

關(guān)于OH自由基有正的敏感性的主要含磷基元反應是：

R359 HOPO+OH=PO2+H2O

R383 HOPO+OH=PO2+H2O

對關(guān)于OH的敏感性分析可以看出，對OH敏感的基元反應也主要是HOPO和PO2的循環(huán)。

因此，對H和OH敏感性分析的結(jié)果都可以理解為HOPO和PO2的循環(huán)比HOPO2和PO2的循環(huán)更加高效。增加把反應流送到更高效的HOPO和PO2循環(huán)的化學反應速率常數(shù)，使更多的H和OH自由基催化重組，表現(xiàn)出負的敏感性，抑制火焰的燃燒；增加把反應流送到較低效的HOPO2和PO2循環(huán)的化學反應速率常數(shù)，降低H和OH自由基重組的整體效率，表現(xiàn)出正的敏感性，促進了自由基在火焰中的生成。

5 結(jié)論

二甲醚的應用和研究價值日益凸顯，本文基于分層結(jié)構(gòu)首次建立了DME/DMMP化學反應動力學機理，并依此就DMMP對二甲醚火焰的影響展開研究。通過數(shù)值模擬實驗研究發(fā)現(xiàn)，DMMP對二甲醚層流火焰燃燒特性有很大影響，主要表現(xiàn)在對火焰的抑制作用上，DMMP參與化學反應并促進燃料氧化，催化H和OH重組，降低了火焰自由基濃度，從而降低了層流火焰速度，抑制了二甲醚火焰的燃燒。

進一步對火焰抑制機理的研究發(fā)現(xiàn)，DMMP對二甲醚層流火焰的抑制主要是因為PO2和HOPO的循環(huán)反應促進了H和OH重組；HOPO和PO2的循環(huán)比HOPO2和PO2的循環(huán)更加高效，所以HOPO是比HOPO2更好的催化H和OH重組的物質(zhì)；在富燃火焰中，HOPO比在貧燃中更多，因此可以認為DMMP對二甲醚富燃火焰的抑制效果更有效。

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Effect of DMMP on laminar premixed flame of dimethyl ether

YIN Yongfeng, QIU Rong

(State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

As a renewable and clean fuel, Dimethyl ether (DME) has being paid more and more attention because of its superior performance, but at the same time the safety of its combustion is easily overlooked. After the Montréal Conventions, the phosphorus-containing compounds become the best halide alternatives for the inhibition of hydrocarbon flame. In this paper, DMMP was applied to the DME flame, and the reaction mechanism based on the layered structure of DME/DMMPwas proposed for the first time. The simulation results indicated that the pre-mixed flame of DME and DMMP showed the same obvious inhibition as the hydrocarbon flame. The flame suppression mechanism was further analyzed and the results showed that the inhibition of the DME laminar flame is mainly due to the cycle reaction of PO2and HOPO which promotes the recombination of H and OH. At the same time, DMMPis more effective for the suppression in rich DME flame.

Dimethyl ether; Phosphorus compounds; Laminar premixed flame; Chemical reaction mechanism; Flame inhibition

2017-04-10；修改日期：2017-05-25

國家自然科學基金(51576183);高等學校博士學科點專項科研基金(20133402110010)

殷永豐(1990-)，男，中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室安全科學與技術(shù)專業(yè)碩士研究生，主要研究方向為火災安全評價及數(shù)值模擬。

邱榕，Email：rqh@ustc.edu.cn

1004-5309(2017)-00068-11

10.3969/j.issn.1004-5309.2017.02.02

X915.5

A