广义Oberlack定义的MILD燃烧机制研究：从贫燃到富燃条件的理论拓展与数值验证

本文针对MILD（适度或强烈低氧稀释）燃烧技术在实际应用中存在的定义局限性问题，研究人员通过理论推导和数值计算，突破了传统贫燃假设的限制，建立了适用于宽当量比范围的广义判据模型。研究揭示了反应级数α、β和当量比?对MILD燃烧边界的影响规律，提出了基于S曲线形态转变的通用判定方法，为不同燃料的MILD燃烧工况设计提供了理论工具。

　　

燃烧技术发展至今，如何在提高能源利用效率的同时降低污染物排放始终是研究者面临的重大挑战。MILD（Moderate or Intense Low-oxygen Dilution）燃烧作为一种新型燃烧模式，以其均匀的温度分布和极低的NO_x排放特性备受关注。然而该技术的工业化应用却受制于一个根本性问题——现有理论体系对MILD燃烧的判定标准存在严重局限：传统Oberlack判据基于贫燃假设推导，无法适用于实际工程中广泛存在的富燃工况；Cavaliere等人的温度判据则存在人为设定阈值的缺陷。

针对这一理论瓶颈，波兰西里西亚工业大学热技术系的研究团队在《Frontiers in Neuroendocrinology》发表了突破性研究成果。他们通过重构完美搅拌反应器（PSR）模型的控制方程，首次建立了不依赖贫燃假设的广义理论框架。研究采用改进的Powell混合算法求解非线性方程组，通过数值延续方法追踪S曲线（温度T vs Damk?hler数Da）的形态演变，系统考察了反应级数α、β和当量比?对燃烧状态转变边界的影响。

关键技术方法包括：1）建立包含完整质量-能量守恒的PSR模型方程组；2）采用Levenberg-Marquardt算法求解稳态条件下的高阶导数零点；3）构建包含反应级数参数的广义Damk?hler数表达式；4）通过数值延续方法确定临界转变条件。研究团队特别设计了验证环节，证明当α=1、β=0时新模型可完美退化为经典Oberlack解。

【理论框架构建】

通过引入非稳态项和完整反应项，推导出包含燃料与氧化剂质量分数的耦合方程组。关键突破在于保留了反应级数α、β的非线性项，使得模型能够描述CH₄（α=0.2, β=1.3）等实际燃料的复杂动力学行为。

【参数影响规律】

数值计算揭示了三个重要现象：1）当α+β=1时，?=1工况的解与Oberlack判据重合；2）富燃条件（?>1）下，增大β会显著提高临界活化能E；3）反应级数之和α+β>2时可能出现非物理解，这与火焰传播理论相吻合。

【工程应用验证】

以H₂和CH₄为案例的验证表明：对于?=0.5的CH₄燃烧，新模型预测的临界E值比传统判据低18%，这与实验观察到的更易实现MILD状态的现象一致。研究还发现CO等不完全燃烧产物会通过降低有效反应热Q*来影响转变边界。

这项研究的重要意义在于建立了首个普适性的MILD燃烧判定理论体系，其创新性体现在：1）突破贫燃假设限制，首次实现贫燃-富燃工况的统一描述；2）揭示反应动力学参数（α,β）与操作参数（?）的耦合作用机制；3）提出的数值方法可适配不同燃料的全局反应机理。该成果为燃气轮机、工业炉窑等设备的低污染燃烧设计提供了全新的理论工具，特别对氢氨混合燃料等新兴低碳燃烧技术的发展具有重要指导价值。研究团队特别指出，未来工作需要结合详细化学反应机理，进一步验证该理论在高压条件下的适用性。