燃烧是能源利用的主要方式,冲击换热可以最直接有效地利用火焰热能。本生灯层流火焰是湍流火焰的基础,研究本生灯预混层流火焰的火焰结构和燃烧特性对于研究湍流火焰特性具有重要意义。本文利用Fluent对不同特征距离(H=6mm、18mm、30mm、42mm)、不同当量比(φ=0.8、1.0、1.2)和不同雷诺数(Re=1500、2000)工况下甲烷-空气预混层流火焰结构、温度场和组分分布、传热特性进行了模拟计算。研究了不同当量比、特征距离和出口速度条件下的甲烷-空气预混层流火焰结构、温度场、组分分布和传热特性变化规律,比较两种不同甲烷-空气反应机理预测的火焰燃烧特性,并与实验结果进行比较,结果表明:两种机理所预测的火焰高度和最高温度都比实验值高,并且在不同机理火焰的不同位置都观察到了高于甲烷绝热温度的“热点”。当特征距离较大时,在流场的作用下“热点”会影响火焰的热通量分布。总体而言,相较于Fluent机理火焰,Chemkin机理提供的温度场更为合理,因为其包含更多的组分和中间物种反应,因此可以更好地预测火焰高度、火焰结构和温度场。冲击换热特性与火焰结构、温度以及物种反应密切相关,虽然两种反应机理所预测的火焰热通量都低于实验值,但其变化趋势都遵循实验热通量变化,尤其是在预测火焰热通量峰值方面,两种机理都可以精确地预测峰值位置。同样的,由于能更好的预测火焰结构和温度,Chemkin机理比Fluent机理能更好地模拟传热。研究结果表明,反应机理对火焰结构和冲击换热模拟起着至关重要的作用。虽然详细机理可以更准确的预测火焰结构和传热,但其计算成本可能过大,因此在一些工业用途可以选择采用简单机理。但如果需要更为精确的数据来分析火焰燃烧过程,则需要较为详细的机理。本文的计算模型可以作为火焰流场及污染排放的基础。