在“双碳”的伟大愿景下，发展清洁能源和采用先进能源利用技术降低温室气体的排放，对推动经济社会的可持续发展具有重要意义^[1]。其中，乙炔（C₂H₂）具有较广的可燃范围，在25 ℃、101.325 kPa 且空气助燃的条件下，其可燃极限为2.42%~77.31%^[2]。与其他气体燃料相比，乙炔具有火焰温度高、火焰速度快和能量释放大等优势。我国大约95%的乙炔是通过电石法制得的^[3]，来源于非石油资源，即非碳能源，有望在内燃机中得到应用^[4-5]。在先进能源利用技术中，O₂/CO₂燃烧技术是一种具有广阔应用前景的CO₂减排技术。此技术使用纯氧作为氧化剂，碳氢类燃料的燃烧产物仅有H₂O和CO₂，产物经脱水后得到的高浓度CO₂，能够大幅降低碳捕集与封存成本。将清洁能源乙炔与O₂/CO₂燃烧技术有机结合起来，理论上能实现CO₂零排放。因此，研究C₂H₂/O₂/CO₂混合物的燃烧特性对实际应用有重要意义。

可燃极限是一种重要的燃烧特性，包括可燃下限（lower flammability limit, LFL）和可燃上限（upper flammability limit, UFL）。LFL与UFL间的燃料浓度为可燃区间。相较于O₂/N₂气氛，燃料在O₂/CO₂气氛下的燃烧特性差别很大。这是由于CO₂高比热容和直接参与燃烧反应所导致的。O₂/CO₂气氛下气体燃料的可燃极限与空气气氛下大不相同。目前，针对O₂/CO₂气氛下燃料的可燃极限实验测量包括甲烷^[6-7]、乙烷^[8]、丙烷^[9]（高温高压）等。Cheng等^[10]探究了CO₂对NH₃/H₂/air混合物可燃极限的影响，发现随着CO₂体积分数的升高，爆炸下限升高，且其对H、OH的影响显著。Tian等^[11]研究了CO₂存在下R1234yf -空气混合物的可燃极限，分析了极限氧浓度和可燃比等燃烧特性。Kim等^[12]通过实验探究了CO₂稀释下H₂/CO/空气混合物的可燃极限，得出了 CO₂ 因比热容及化学动力学效应，对可燃性下限的稀释作用强于N₂的结论。陈肯等^[13]研究了甲烷与氢气混合气体在O₂/CO₂气氛下的可燃下限，分析了CO₂体积分数和掺氢比对CH₄/H₂混合气体可燃下限的影响。Kumuk^[14]探究了CO₂稀释对甲烷燃烧动力学的影响，表明稀释剂的热效应增加了火焰熄灭的趋势。目前，缺少乙炔在O₂/CO₂气氛下可燃极限的研究，关于乙炔可燃极限的研究主要集中在其他燃烧条件下。Bazalan^[15]通过实验探究了压力对乙炔可燃极限的影响。Zhao等^[2]通过实验和勒夏特列定律得到了乙炔/甲烷、乙炔/乙烯混合物在常温常压空气燃烧下的可燃极限。Wang等^[16]使用USC Mech II机理计算了C₂H₂ -空气混合物的层流火焰速度和火焰结构。Xu等^[17]研究了CO、OH自由基变化、烟灰形成特性与C₂H₂火焰当量比及CO₂加入量的关系。

现有研究显示，在高CO₂浓度下可燃极限的研究多聚焦于常规气体燃料，针对乙炔这类具有应用前景的清洁能源的相关研究相对匮乏。乙炔在O₂/CO₂气氛下可燃下限的研究依旧处于空白阶段。乙炔作为清洁燃料，在新型能源利用技术上的应用十分重要，因此，需要对其燃烧特性-可燃下限进行探究。本文中，首先在5 L圆柱体爆炸容器中对O₂/CO₂气氛下乙炔的可燃下限进行实验探究，然后基于极限层流燃烧速率法建立乙炔可燃下限的预测模型，最后理论分析CO₂的比热容、化学反应性和传输特性对可燃下限的影响，以期为后续乙炔的实际应用提供可靠的基础数据。

1.   研究方法

1.1   实验测量

图1为实验装置示意图，由爆炸容器、精密压力表、真空泵、通风橱以及气瓶和多个阀门组成。圆柱体爆炸容器上安装有厚度15 mm可承受4.0 MPa压力的可视防爆玻璃窗；14 kV脉冲电压点火器的点火电极置于爆炸容器中心，短路电流为30 mA，电火花持续时间为0.4 s，可提供168 J能量，满足欧盟标准（EN1839）^[18]建议的点火电压13～16 kV、短路电流20～30 mA。且点火能量超过20～30 J，对可燃极限没有明显影响，点火能量足够高，可以避免因点火能量产生的误差；泄压阀直接与爆炸容器相连，每次测量前打开，用以泄掉爆炸产生的压力； 精密真空压力表与爆炸容器直接相连，测量范围为−0.1～0 MPa，精度等级为0.4。通过分压法来控制气体在爆炸容器内的体积比。排气系统中的真空泵将爆炸容器的内部抽至真空。C₂H₂、O₂、CO₂由气瓶提供，气体纯度均为99.9%。

图  1  实验装置示意图

Figure  1.  Schematic diagram of the experimental setup

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开始实验前，对整套实验设备进行气密性检测，防止设备漏气。实验时，首先将爆炸容器及各个气路抽至真空。依次通入C₂H₂、CO₂、O₂，根据分压法^[19]，各组分的分压比等于体积分数之比。配气完成后，爆炸容器内压力与大气压持平（0 MPa）。静置10 min，待气体完全预混。最后，使用脉冲电压点火器对混合气进行点火。通过可视化防爆玻璃窗来判断是否点火成功。

可燃下限点的判断方法依据欧盟标准（EN1839），即通过可视窗观察爆炸容器内的火焰传播情况。火焰传播即为可燃，火焰未传播，则燃料体积分数未达到可燃下限，无法燃烧。当反应容器内气体被点燃时，会有明亮蓝色火焰从容器中心传播至爆炸容器内壁；当未传播时，仅在电极附近产生短暂光环。每个实验点测量5组，取火焰稳定传播与未传播的临界体积分数为可燃下限。可燃下限可表示为：

式中：l_lfl为可燃下限，α₁为火焰传播的最低燃料体积分数，α₂为火焰未传播的最高燃料体积分数。

初始温度波动、压力测量和可重复性误差是误差的主要来源，基于系统的不确定度分析^[9]，实验的综合误差（E）可表示为：

式中：E₁为初始温度变化引起的误差，取1.00%；E₂为压力测量的最大误差，取1.65%；E₃为实验重复性误差，取1.00%。根据式(2)，E=2.17%。

1.2   可燃极限预测模型

使用极限层流燃烧速度法^[20]来预测可燃下限，该方法是一种适用于预测气体燃料可燃极限的新方法。该方法中，可燃极限是由损失热量与正常火焰传播过程之间的竞争引起的。燃烧时，2个竞争力，浮力与燃烧力平衡时，燃料的体积分数等于该条件下的可燃极限。基于该方法，建立了乙炔在O₂/CO₂气氛下可燃下限的计算模型，并与实验数据进行比对。

燃烧力（F_c）是指负责推动冷空气向外的力，其数值上等于穿过传播火焰区域的动能梯度，可表示为：

式中：x为传播方向，E_k为动能，$s_{\mathrm{u}}$和$s_{\mathrm{b}}$分别为未燃烧气体和已燃烧气体的层流火焰速度，D为热扩散系数，$\rho\mathrm{_u}$和$\rho_{\mathrm{b}}$分别为未燃烧气体和已燃烧气体的密度。当产物气体密度低于反应物时，诱发自然对流，浮力（F_b）可表示为：

式中：$g$为重力加速度，取9.8 m/s²。浮力与燃烧力相互竞争，得出此工况下的极限层流燃烧速度($s_{\mathrm{u,lim}}$)：

基于开源代码Cantera，求解乙炔在不同CO₂体积分数下的可燃下限。具体的预测程序如图2所示，通过Python调用Cantera软件中的“层流燃烧速度模型”，读取反应动力学文件来计算某一特定工况下的燃料燃烧的层流火焰速度（${s}_{\rm{u}}$）；通过模型计算出未燃和已燃燃料的密度、有效热扩散率，代入式(5)，得出此工况下的极限层流燃烧速度${s}_{\mathrm{u,lim}}$。

图  2  极限层流燃烧速度法原理图

Figure  2.  Schematic diagram of the limiting laminar burning velocity method

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将$s_{\mathrm{u}}$与${s}_{\rm{u,lim}}$进行对比，若${s}_{\rm{u}}$大于${s}_{\rm{u,lim}}$则减小燃料体积分数，若${s}_{\rm{u}}$小于${s}_{\rm{u,lim}}$则加大燃料体积分数，直到某体积分数下，${s}_{\rm{u}}$无限逼近该工况下${s}_{\rm{u,lim}}$，两者的速度之差小于${s}_{\mathrm{u,lim}}$的1%，得出燃料的可燃下限。

对5种不同的乙炔常用燃烧反应机理（表1）进行计算，包括USC Mech Ⅱ机理、GRI-Mech 3.0机理、Davis机理、San Diego机理和Wang机理。

表  1  乙炔常用燃烧反应机理

Table  1.  Common combustion reaction mechanisms for acetylene

序号	机理名称	年份	反应/物种数量
1	USC Mech Ⅱ	2007	784/112
2	GRI-Mech 3.0	1999	325/53
3	Davis	2017	469/71
4	San Diego	2014	247/50
5	Wang	1999	529/75

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2.   CO₂对C₂H₂可燃下限的影响

2.1   实验结果

图3为101.325 kPa、298 K条件下，乙炔（C₂H₂）、乙烯（C₂H₄）^[21]、乙烷（C₂H₆）^[9]、丙烯（C₃H₆） ^[21]在O₂/CO₂气氛下可燃下限（LFL）的实验结果。横坐标为稀释气（CO₂）体积分数，定义为${V}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{2}}/ ({V}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{2}}+{V}_{{\mathrm{O}}_{2}})$，其中${V}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{2}}$和${V}_{{\mathrm{O}}_{2}}$分别为CO₂和O₂的体积；纵坐标为可燃下限。

图  3  可燃下限的实验值

Figure  3.  Experimental values of lower flammability limit

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随着CO₂体积分数的增加，不同碳氢燃料的可燃下限在较小范围内呈现升高趋势。当CO₂体积分数从14%增加到85%时，乙炔的可燃下限从2.19%增大到3.21%。当CO₂体积分数逐步上升时，其首要作用是显著增加了混合气体的比热。同时，CO₂还会参与部分特定的化学反应，进而对燃烧过程产生抑制作用，最终导致可燃下限呈现小幅度升高趋势。实验结果表明：烷烃、烯烃和炔烃的可燃下限依次下降，可燃下限越低，意味着该类物质在较低体积分数下即可被点燃，显示出较高的燃烧敏感性与潜在的风险。相同碳原子数量下，氢原子含量越高，可燃下限越低，其中碳碳单键的键能为348 kJ/mol，碳碳双键的键能为614 kJ/mol，碳碳三键的键能为835 kJ/mol。碳碳三键的能量虽高，但相对不稳定，容易在特定条件下断裂，从而释放出能量，这种特性使得乙炔在较低体积分数下就能与氧气发生反应，形成火焰。

2.2   CO₂对C₂H₂可燃下限的影响

图4为可燃下限的预测结果（实线）和实验值（散点），5条预测的乙炔LFL曲线对应5种不同的反应机理。预测结果（${C}_{\mathrm{c},i}$）与实验结果（${E}_{\mathrm{e},i}$）之间的平均绝对误差（I）可表示为：

图  4  可燃下限的实验值（点）及预测值（线）

Figure  4.  Experimental (point) and predicted (line) values of lower flammability limits

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式中：i为第 i 个条件下数据点，n为实验总组数。根据可燃极限的预测准确度，对5种反应机理进行排序，准确度由高到低依次是：USC Mech Ⅱ机理（$I=0.52{\text{%}}$），GRI 3.0机理（$I=0.56{\text{%}}$），San Diego机理（$I=0.68{\text{%}}$），Wang机理（$I=0.76{\text{%}}$），Davis机理（$I=0.89{\text{%}}$）。结果表明，USC Mech Ⅱ机理最为准确，预测精度较高，因此，后续的讨论分析均采用USC Mech Ⅱ机理。

可燃极限实际上是火焰核能不能充分发展边界的问题，在燃烧过程中，由点火电极形成的球形火焰芯向外扩散，火焰面向未燃气体推进，而未燃气体在火焰上方移动并在浮力作用下向上传播，此时的火焰面就涉及到两个力的平衡，即1.2节中的浮力与燃烧力之间的平衡，它本质上是燃料消耗发热导致的温升与已燃气体膨胀散热引发的温降相互竞争的问题。两个力达到平衡时的燃料体积分数为可燃极限。图5为不同CO₂体积分数下可燃极限处的燃烧力和浮力，两者几乎一致。随着CO₂体积分数的升高，燃烧力与浮力都呈现上升趋势，这是因为CO₂分子量较O₂、C₂H₂的大，降低了混合气体的密度，从而使浮力上升，因此，需要更多的燃料来提供燃烧力以达到可燃极限，在宏观上表现为可燃下限的升高。

图  5  浮力燃烧力变化曲线

Figure  5.  Change curves of buoyancy combustion force

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为定量分析CO₂对可燃下限的影响机制，引入3种虚拟物质：FCO₂、TCO₂、MCO₂，并定义3个参数${\varphi }_{\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{m}}$、${\varphi }_{\mathrm{c}\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{m}}$、${\varphi }_{\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{n}}$来定量表示热、化学、输运效应对可燃下限的影响。

引入FCO₂， FCO₂具有与CO₂相同的热力学和传输特性，但是其参与的反应速率为零。CO₂的化学效应对LFL的影响可表示为：

式中：${l}_{\mathrm{l}\mathrm{f}\mathrm{l},{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}}$和${l}_{\mathrm{l}\mathrm{f}\mathrm{l},\mathrm{F}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}}$分别为CO₂和FCO₂的可燃下限。

引入TCO₂，TCO₂具有与FCO₂相同的热力学和化学特性，但是其输运特性与N₂的相同。Zhang等^[22]指出，N₂稀释对火焰传播的影响归结为热效应，因此，选择N₂作为衡量CO₂输运效应的基准。对比C₂H₂/O₂/FCO₂和C₂H₂/O₂/TCO₂即可分离出CO₂输运效应对可燃下限的影响：

式中：${l}_{\mathrm{l}\mathrm{f}\mathrm{l},\mathrm{T}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}}$为TCO₂的可燃下限。对比C₂H₂/O₂/TCO₂和C₂H₂/O₂/N₂即可分离出CO₂热效应对可燃下限的影响：

式中：${l}_{\mathrm{l}\mathrm{f}\mathrm{l},{\mathrm{N}}_{2}}$为N₂的可燃下限。

图6为C₂H₂在4种稀释气氛下的可燃下限，随着稀释气体积分数的升高，除了氮气气氛下可燃下限降低，其余3种燃烧氛围下C₂H₂的可燃下限均升高。图7为不同CO₂体积分数时热力学、化学和输运效应对C₂H₂的可燃下限的影响。可以看出，${\varphi }_{\mathrm{therm}}$、${\varphi }_{\mathrm{chem}}$、${\varphi }_{\mathrm{tran}}$均随着CO₂体积分数升高而变高，经过计算得到$\sum {\varphi }_{\mathrm{chem}}=2.68$、$\sum {\varphi }_{\mathrm{tran}}=4.93$、$\sum {\varphi }_{\mathrm{therm}}=0.12$；进一步推导出热力学效应的平均占比约为64%，化学效应占比为35%，运输效应占比为1%。CO₂的热力学效应占比最大，且随着CO₂体积分数增加而大幅度增加，其次是化学效应，而输运效应的占比一直保持在较低水平，因此，主要对CO₂的热力学效应和化学效应作进一步分析。

图  6  不同稀释气氛下的可燃下限

Figure  6.  Lower flammability limits in different dilution atmospheres

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图  7  不同CO₂体积分数时3种效应对可燃下限的影响

Figure  7.  Influence of three effects on the lower flammability limit at different CO₂ volume fractions

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2.2.1   CO₂热力学效应对可燃下限的影响

通过对比O₂/TCO₂与O₂/N₂气氛下C₂H₂的可燃下限，定量分析CO₂的热效应。随着CO₂体积分数的增加，热力学效应大幅度增加，热力学效应始终是影响可燃下限的主导因素。热效应主要是由C₂H₂/O₂/CO₂(N₂)混合物比热容不同导致的，图8为比定压热容随温度、稀释气浓度变化的曲面。可以看出，CO₂、N₂ 的比热容随温度的升高而增加，且CO₂的增加幅度远大于N₂。

图  8  比定压热容随温度、稀释气占比变化的曲面

Figure  8.  Curve of constant-pressure specific heat capacity with temperature, dilution gas percentage change surface

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O₂/CO₂气氛下，C₂H₂/O₂/CO₂混合气的比热容随CO₂体积分数的增加而增加。比热容升高导致气体吸收更多热量，造成火焰温度降低，这意味着CO₂能够吸收更多的燃烧热，使得提供给链式反应的能量不足，燃烧性能减弱，需要更多的C₂H₂燃料来提供能量，C₂H₂的可燃下限逐步升高。O₂/N₂气氛下，C₂H₂/O₂/N₂混合气的比热容随稀释气体积分数的增加而降低，N₂气氛下，C₂H₂可燃下限小幅度降低。随着稀释气体积分数的持续增加，CO₂、N₂两种气氛下，C₂H₂可燃下限的差值逐渐增大。这反映了2种气氛对可燃下限影响程度的差异不断扩大，从热力学角度而言，意味着热力学效应在整个燃烧体系中的影响逐步增强，其在燃烧过程中的作用愈发显著。

由图3可知，当CO₂体积分数从14%增加到85%时，可燃下限由2.19%升高至3.21%，绝对增长值为1.02%，热效应在该增长幅度中的占比约为64%，可燃下限增长值约为0.65%，说明热效应在可燃下限的增长中具有重要作用。

2.2.2   CO₂化学效应对可燃下限的影响

通过对比CO₂与FCO₂稀释条件下的可燃下限，定量分析CO₂的化学效应对可燃下限的影响。由图6可知，FCO₂稀释条件下可燃下限的增长速度小于CO₂， CO₂的化学效应对可燃下限的影响随CO₂体积分数的升高而变大。为深入探究化学角度中CO₂的影响，对不同CO₂体积分数以及不同燃烧气氛下各反应对层流的火焰速度进行敏感性分析。

图9(a)为不同CO₂体积分数下可燃下限处对层流火焰速度的敏感性系数。CO₂主要参与的反应为CO+OH$\rightleftharpoons$CO₂+H，消耗大量H自由基同时生成CO，降低了总燃烧反应速率和反应放热^[23]，随着CO₂体积分数的升高，此反应敏感性系数逐步降低。在低CO₂体积分数时，H+O₂+O₂ $\rightleftharpoons$ HO₂+O₂为主要抑制反应，随着CO₂体积分数的增加，O₂体积分数不断降低，从而导致抑制反应向三体反应H+O₂+M $\rightleftharpoons$ HO₂+M移动。图9(b)为不同稀释气氛下对层流火焰速度的敏感性系数。主要的促进燃烧反应均为H+O₂ $\rightleftharpoons$ O+OH，抑制反应为H+O₂+O₂ $\rightleftharpoons$ HO₂+O₂。不同气氛不同反应的敏感性系数仅在三体碰撞反应H+O₂+M $\rightleftharpoons$ HO₂+M中有较大区别，该反应中，O₂/CO₂气氛下的敏感性系数明显大于其他2种气氛。在燃烧基元反应中，三体反应影响化学反应进程但不影响生成物种类，CO₂是一种具有较高三体碰撞系数的分子，因此，研究高体积分数CO₂下三体效应对可燃下限的影响十分必要。由图9(a)可知，反应H+O₂+M $\rightleftharpoons$ HO₂+M为最关键的三体反应，远高于其他三体反应。将USC II机制中反应H+O₂+M $\rightleftharpoons$ HO₂+M的CO₂的三体效率由2.18修改为零，得到虚拟物质MCO₂。对比C₂H₂/O₂/CO₂和C₂H₂/O₂/MCO₂，即可分离出CO₂三体效应对可燃下限的影响（${\varphi}_{\mathrm{M}}$）：

图  9  不同CO₂体积分数及不同气氛可燃下限处的敏感性分析

Figure  9.  Sensitivity analysis at different CO₂ volume fractions and lower flammability limits of different dilution atmospheres

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式中：${l}_{\mathrm{l}\mathrm{f}\mathrm{l},\mathrm{M}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}}$为MCO₂的可燃下限。

图10为三体效应对可燃下限的影响，可以看出，随着稀释气体体积分数的增加，三体效应线性增加，并在CO₂体积分数为85%时出现转折下降。三体碰撞反应中，N₂和CO₂分子均可作为第三体与链式反应中的高能自由基发生碰撞，高能自由基的能量在碰撞过程中被惰性分子吸收，燃烧反应基本被抑制。与N₂相比，CO₂具有更高的三体碰撞系数，因此，在燃烧时增强了反应H+O₂+M$\rightleftharpoons$HO₂+M，并在一定程度上抑制了分支反应H+O₂$\rightleftharpoons$ OH+O，消耗更多的H自由基，为保证燃烧，需要提供更多燃料以支持燃烧，故可燃下限升高。

图  10  三体效应对可燃下限的影响

Figure  10.  Three-body effect on lower flammability limits

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图11(a)显示了CO₂和FCO₂在体积分数为14%、52%、85%时，H、OH和O自由基沿火焰坐标的分布。对比2种稀释气气氛下的自由基变化曲线以及FCO₂气氛下自由基峰值摩尔数与CO₂对比（表2），结合CO₂反应的敏感性分析，CO₂+H $\rightleftharpoons$ CO+OH是最重要的反应。CO₂+O $\rightleftharpoons$ CO+O₂、CO₂+OH $\rightleftharpoons$ CO+HO₂的敏感性系数低，影响较小，因此O与OH的自由基摩尔分数变化不明显。从表2可以看出，CO₂的化学性主要体现在较高体积分数CO₂下对H自由基峰值摩尔分数的抑制作用上。

图  11  不同气氛下主要自由基OH、O、H摩尔分数变化曲线

Figure  11.  Variation curves of OH, O and H molar fractions of major radicals under different atmospheres

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表  2  自由基峰值摩尔分数比例

Table  2.  Ratio of peak molar fractions of free radicals

稀释气 体积分数/%	自由基峰值摩尔分数比
	H_CO2∶H_FCO2	O_CO2∶O_FCO2	OH_CO2∶OH_FCO2	H_CO2∶H_MCO2	O_CO2∶O_MCO2	OH_CO2∶OH_MCO2
14	0.928	1.001	1.030	0.881	0.983	1.042
52	0.769	0.959	1.070	0.681	0.881	1.120
85	0.790	0.805	1.038	0.760	0.702	1.251

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图11(b)显示了CO₂和MCO₂在体积分数为14%、52%、85%时，H、OH和O自由基沿火焰坐标的分布。在稀释气体积分数为52%时，MCO₂气氛下OH自由基峰值体积分数的最高处相较于CO₂气氛有所提前，且峰值体积分数下降幅度较大；O自由基峰值体积分数的最高处相对上升。从表2可以看出，CO₂气氛下H自由基峰值体积分数仅为MCO₂气氛下的0.681，说明CO₂三体效应在体积分数为52%时大大抑制了H的自由基体积分数，而在85%处该自由基峰值摩尔分数比上升到了0.76，解释了三体效应在较高CO₂体积分数处对可燃下限影响下降的原因。

当CO₂体积分数从14%增加到85%时，可燃下限由2.19%增至3.21%，绝对增长值为1.02%，化学效应在该增长幅度中的占比约为35%，可燃下限增长值约为0.36%，化学效应所引发的增长值在整个增长幅度中占有相当比例，与热效应相互配合，共同促成了可燃下限随CO₂体积分数的增加而增长的现象。

3.   结　论

对乙炔在O₂/CO₂气氛下的可燃下限进行了实验研究和计算。使用5 L圆柱体型爆炸容器测量了C₂H₂在O₂/CO₂气氛下的可燃下限；使用极限层流速度法对O₂/CO₂气氛下的可燃下限进行预测，定量分析了高体积分数CO₂的热效应、化学效应和输运效应对可燃下限的影响，得到以下主要结论。

(1) 随着CO₂的体积分数从14%增加到85%，C₂H₂可燃下限的实验值从2.19%增加到3.21%，呈小幅度线性增加趋势。

(2) 高体积分数CO₂对燃烧的影响均为抑制，宏观表现为可燃下限随CO₂体积分数的升高而升高。其中，在C₂H₂可燃下限处，CO₂的热效应占比约为64%，导致可燃下限增长约 0.65%，是影响乙炔可燃下限的首要因素。化学效应占比约为35%，导致可燃下限增长约为0.36%。高体积分数CO₂通过反应CO+OH $\rightleftharpoons$ CO₂+H消耗大量H自由基，从而降低总燃烧反应速率与反应放热，对O、OH自由基影响较小。同时，CO₂的三体效应主要借助反应H+O₂+M $\rightleftharpoons$ HO₂+M作用于燃烧过程，其随CO₂体积分数的升高而增强，抑制了H自由基体积分数，在高CO₂体积分数时对O自由基产生影响，对OH自由基影响微弱。输运效应仅占总影响的1%左右，导致可燃下限增长约0.01%，对燃烧的影响极小。