氢气由于其清洁高效的特点,受到广泛关注。将氢气添加到其它燃料中掺混燃烧,不仅可以降低排放,而且可以提高燃烧效率,因此掺氢燃烧的研究意义深远。本文通过数值仿真研究了稳态和非稳态两种条件下,掺氢气对于乙烯对冲火焰碳烟及其前驱体(PAHs)生成的影响。由于验证对冲火焰一维简化假设采用大喷嘴直径燃烧器,而对于小喷嘴直径燃烧器此简化假设是否适用还有待研究。本文首先建立了对冲火焰燃烧器二维模型,对比了不同条件下喷嘴出口轴向速度的径向分布,火焰位置及产物的差别。得到主要结论如下:喷嘴出口速度的分布并不均匀,即使进气流量相同,燃料出口和氧化剂出口的速度分布也不相同;燃料的分子越大,速度分布越不均匀;喷嘴间距变大,喷嘴出口的速度分布越均匀;此外,进气在加热后,喷嘴出口的速度分布会更加均匀;加入径向速度梯度后,火焰位置比一维计算不代入径向速度梯度更加靠近燃料出口,火焰宽度变宽,并且碳烟生成明显变多。其次,在修正速度和代入径向速度梯度的条件下,深入研究了掺氢气对碳烟及其前驱体生成的影响。从总体上看,掺氢使得火焰温度升高,但是温度升高很少。掺氢气也明显降低了碳烟及其前驱体的生成。从化学效应看,掺氢总体上抑制碳烟的生成。掺氢虽然使得小分子PAHs升高,但是提升并不明显,相反地,掺氢会使大分子PAHs明显降低,这就使得掺氢之后碳烟的成核会明显降低;并且掺氢会使得脱氢加乙炔(HACA)反应速率明显下降;此外,从氧化反应速率来看,掺氢减少了碳烟的氧化,从而促进碳烟生成,但是总体上掺氢对碳烟生成起到抑制作用。最后,由于非稳态火焰比稳态火焰具有更大范围的工况,可以较简单地预测污染物化学反应流体力学的非稳态影响,因此本文还研究了不同速度频率和不同掺氢比对乙烯非稳态对冲火焰碳烟前驱体生成的影响。结果表明,频率越高,PAHs峰值的振幅越小,且不同频率PAHs峰值的振动存在着明显的相位差。非稳态条件下,PAHs生成量要比稳态条件下多,频率越高,均值与稳态值越接近,且PAHs分子越大,振动关于均值的不对称性越明显。随着A1的反应速率降低,振幅明显变大,且不同反应对A1振幅的影响也不同。而随着掺氢比的增加,平均峰值温度略微增加,PAHs的平均峰值减小,并且PAHs分子越大,下降速率越快。同时,掺氢比增加,A1和A2振幅降低,A3和A4振幅升高。