气相正己烷在ASTM-E659装置中自燃的三维数值模拟研究：揭示低温氧化与火焰传播机制

本文通过三维数值模拟研究了正己烷(nC6H14)在ASTM-E659标准装置中的自燃过程，首次揭示了开放容器内由温度梯度驱动的涡流运动与分层混合对多阶段点火（包括低温氧化和高温反应）的影响机制，为改进自燃温度(AIT)测试标准提供了关键理论依据。

　　

Highlight

几何模型与网格划分

本研究基于文献[8,21]构建的ASTM-E659标准实验装置进行反应流模拟。模拟对象为均匀加热的500毫升圆底Pyrex烧瓶（顶部开放），其三维数值网格细节参见前期非反应研究[9,20]。

验证

网格收敛性是数值模拟的核心问题。由于热自燃是单次事件（非稳态流动问题），我们采用特殊指标评估网格收敛性：包括点火时间(τ)、第一阶段点火最高温度(T_CF)，以及点火事件在容器内的垂直位置。

ASTM-E659测试启示

本研究首次通过数值模拟揭示了nC₆H₁₄在ASTM-E659测试中的点火机制。烧瓶内由实验不可避免的微小温差和顶部冷空气侵入形成的非均匀温度分布，促使化学反应在靠近高温壁面的环形区域显著增强。

结论

通过建立包含低温化学的简化动力学机制，我们发现：气态nC₆H₁₄注入后迅速沉降形成分层，冷空气侵入与加热壁面共同产生反向涡流。点火始于壁面附近富燃料区的两阶段过程——先是低温氧化形成环形点火核，随后发展为受限于底部缺氧环境、向上追逐未燃燃料的火焰传播。该研究为优化自燃测试标准提供了新视角。