基于三代路径通量分析方法的甲烷燃烧机理简化

基于路径通量分析,以预选组分为基础,通过计算预选组分直接参与,及第二代、第三代间接参与的所有生成反应与消耗反应中其他组分相对于预选组分的路径通量之和,建立了一种新型化学机理简化方法。用该三代路径通量分析简化法对甲烷燃烧机理进行了简化,计算结果与详细化学机理、二代路径通量分析简化法简化机理进行了对比,证明了三代路径通量分析简化法具有更高的简化精度。对特定工况下三代路径通量分析法与二代路径通量分析法简化精度的对比,证明在着火延迟时间较小时三代路径通量分析法简化精度更高。     

富氧燃烧详细机理评估及机理简化

在富氧燃烧中,反应物被大量CO_2稀释,其反应动力学发生明显变化。本文系统地研究了甲烷富氧燃烧的详细机理和骨架机理.为此,首先对6个详细机理在典型富氧燃烧实验下的氧化性能进行评估.然后将预测精度最好的详细机理与不同NO_x机理进行耦合与验证,找出对NO预测最好的机理。最后将预测氧化和NO都最好的详细机理进行了机理简化,并进行了系统验证。结果表明,USC-MechⅡ机理在富氧燃烧工况下具有最好的氧化预测精度,且有效考虑了富氧燃烧下CO_2化学影响引起的CO浓度变化;USC-MechⅡ机理耦合GRI-Mech 2.11中NO_x机理对NO排放预测精度最好;本文简化得到的38组分、180步反应的骨架机理在点火延迟时间、火焰传播速度以及PSR中温度和NO排放预测等方面和详细机理具有很好的一致性。     

正庚烷低温燃烧机理构建

基于课题组自主研发的高碳烃燃烧机理自动生成程序ReaxGen,构建了正庚烷低温燃烧详细机理(642个物种,2220步反应)。分别采用物质产率分析和反应路径流量分析方法简化该详细机理,得到半详细机理(510个物种,1472步反应)和骨架机理(20g个物种,770步反应)。对正庚烷的点火延时,层流火焰速度以及主要物种浓度曲线的模拟结果表明这些机理的模拟精度较高。在工程计算流体力学仿真设计中具有良好的应用前景。分析了正庚烷点火延时敏感度,考查了机理中关键反应。     

PODE/甲醇双燃料化学动力学简化机理研究

聚甲氧基二甲醚(PODE)和甲醇属于煤基高含氧燃料,两者有效组合燃烧可实现内燃机节能减排.本文以PODE3和甲醇作为表征燃料,通过使用反应路径分析、直接关系图法、敏感性分析法对详细PODE3反应机理进行简化获得PODE简化子机理,然后与甲醇反应机理、NOx和PAHs子机理耦合获得PODE/甲醇双燃料化学动力学简化模型(...     

奇异摄动法简化化学反应机理

本文简单介绍了奇异摄动方法简化化学反应机理的原理,通过对反应过程中不同反应模态的特征时间来区分反应过程中的快慢模态,并由此确定简化机理的组分数,对氢气/空气、甲烷/空气的燃烧机理分别用CSP方法做简化,对GRI-2.11的简化机理论与详细机理对点火延迟时间和火焰传播速度进行了较宽压力和当量比下的验证,结果证明了该方法的有效性和准确性。同时也讨论了不同反应快模态数的选择对结果会产生的影响,为得到能模拟点火过程的简化机理提供一种参考方法。     

燃烧过程的多尺度模拟与动态自适应机理方法

介绍了一种多时间尺度模拟方法和动态自适应机理方法。在模拟过程中,根据当时的热化学状态动态获得即时简化机理,通过计算各个组分的特性时间,依据其特征时间将基元组分和反应划分为不同的计算组,各个组采用不同的时间步长进行计算。基于该方法,采用详细化学机理对癸烷及庚烷自燃着火过程进行模拟,并将模拟结果与全过程采用详细机理的隐式积分算法进行比较。结果证明该方法具有很高的精度,同时,该方法能大大提高计算的速度。该方法的应用将有助于实现燃烧问题的高效精确模拟。     

均质混合气压缩着火燃烧过程的模拟研究

本文采用并行计算对HCCI燃烧过程进行三维数值模拟与解析,对比了采用不同数量CPU与不同规模机理时的计算效率,分析了采用不同机理以及单区和三维HCCI模拟的计算结果的影响.结果表明,合理采用并行计算和简化机理可以大幅度提高HCCI模拟计算效率.三维HCCI模拟相比于单区模拟显著提高了燃烧和排放的计算精度; HCCI燃烧过程中缸内存在明显的温度分层,燃烧呈现顺序放热.     

正庚烷化学反应机理的简化与加速计算

详细化学反应机理的引入会给燃烧数值模拟带来巨大的困难:一方面,由于不同组分对应不同的特征时间,详细化学反应机理会导致燃烧模拟涉及到广泛的时间尺度;另一方面,随着燃料所含碳原子数目的增加,其详细化学反应机理中所含的组分数目与基元化学反应数目会呈指数增长,这直接导致计算量的急剧增加。为了解决这两方面的困难,本文以正庚烷氧化机理为例,通过化学反应机理简化(反应路径分析法)与加速算法(投影法)实现了在确保计算精度的条件下极大程度地提高计算效率。     

液滴变形-袋式-多模式破碎转换研究

液滴破碎是影响内燃机燃烧的核心因素,其直接决定喷雾特性、蒸发速率以及混合气形成。为了揭示宽参数空间下液滴破碎模式之间的转换机理,本文采用简化耦合的多相流模型S-CLSVOF以及自适应网格加密技术对液滴在气流中的破碎过程进行了数值模拟研究。同时进一步将模拟结果与基于Rayleigh-Taylor失稳机理的理论模型进行比较并对其参数进行了修正。结合理论分析和数值模拟探讨了液滴破碎模式之间的转换。     

以NH_3为还原剂的SNCR反应机理简化

通过敏感性分析、准稳态假设的方法,对含有60个组分、371个基元反应的SNCR详细机理—(?)A机理,进行了系统的简化,得到了包含28个组分、97个基元反应的骨架机理,以及进一步的包含12个主要组分,8步总包反应的简化机理模型。用Chemkin软件中柱塞流反应器(Plug Flow Reactor,PFR)模型对详细机理和简化机理模型分别进行计算,结果表明简化机理相比详细机理计算量大大减小,并在较广的反应温度(800～1300℃)、氨氮摩尔比(0.5～2)、停留时间(0.01～1 s)等范围内可以准确反映详细机理对SNCR化学动力学特性的预测。与普遍使用的Fluent软件中的SNCR两步总包反应模型相比,本文所发展的简化机理模型在适用范围及准确性方面都有显著的改进。本文发展的简化机理模型可以为后续SNCR反应流的数值模拟提供参考。     

加压富氧燃烧模式下SOx/NOx强耦合促进SO3形成的机理研究

加压富氧煤粉燃烧技术由于净发电效率高被认为是最有可能得到应用的燃煤CO2控制技术之一,但受燃烧压力影响,烟气中的酸性气体(SOx/NOx)分压显著提高,导致腐蚀风险加剧,而目前对该问题相关的基础研究很少。本文利用详细反应机理(72组分,428反应),基于实验数据对照,揭示了加压富氧模式下SOx/NOx强耦合促进SO3和NO2形成的协同效应。动力学机理计算结果表明:SOx/NOx的交互作用可促进SO2和NO向SO3和NO2的转化,并且该促进效应在一定的温度和加压条件下十分显著。基于反应路径和敏感性分析,本文最终发展了一个能用于准确预测加压富氧燃烧模式下SO3和NO2在后火焰区形成特性的9步骨架反应机理。     

煤粉挥发分火焰行为的理论分析与简化模拟方法

考虑热解的扩展连续膜模型,可以详细预报煤粉挥发分析出、焦碳燃烧的全过程.模型以CH4燃烧的反应动力学特性,近似地描述了挥发分火焰.提出新的简化模拟方法均相着火后挥发分燃烧的移动火焰锋面(MFFVC)模型,弥补了挥发分现有计算方法中未考虑颗粒边界层内挥发分均相着火及燃烧的不足.与挥发分现有计算方法、扩散控制的挥发分燃烧(DLVC)模型相比, MFFVC模型预报与考虑热解的扩展连续膜模型符合较好.     

层流预混庚烷火焰中PAHs的形成与机理的简化

本文使用详细的化学反应机理模拟了C7H16／空气层流预混火焰中多环芳烃的生成动力学过程．反应机理包括108种组分的572个基元反应．通过数值计算分析了层流预混火焰的结构和主要反应物、中间物质和反应产物的浓度变化,并对A1-A4组分的反应灵敏度进行了分析。并初步得到可以用于CFD的简化机理．     

贴体坐标系下模型加力室的大涡模拟

本文利用贴体网格对带V形槽稳定器模型加力燃烧室素流化学反应流流动进行大涡模拟的研究。采用区域法生成模型加力燃烧室的二维贴体网格,并采用多区域耦合法进行区域之间的数据传递,求解加力室整体流场。采用k方程亚网格尺度模型和亚网格EBU燃烧模型分别估算其亚网格紊流粘性和化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量,并用交错网格下SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程,壁面函数处理固壁边界条件。计算结果显示了稳定器后面的回流区气流结构,所得的热态流场模拟结果与实验比较吻合,表明采用贴体网格对模型加力燃烧室进行大涡模拟能真实反映流体流动及燃烧过程。     

HDMR方法模拟包含详细化学反应机理的均质着火过程

基于详细化学反应机理的燃烧数值模拟是当今燃烧领域的重要研究方向.由于燃烧问题涉及众多的化学反应和广泛的特征时间范围,如何实现燃烧问题的高效精确数值模拟一直是目前研究难点.本文将HDMR方法应用于模拟零维均质着火过程中,通过与完全求解刚性微分方程组的结果相比较,验证了HDMR方法在处理详细化学反应机理方面的计算精度与效率...     

层流拉伸非预混火焰影响因素的数值研究

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反应机理均对火焰面结构的准确模拟有着重要影响.此外计算了考虑热辐射时,随着当量混合的标量耗散率的改变而变化的每单位火焰面面积放热速率和燃烧场的最高温度,并分析了层流非预混火焰的熄火现象.     

直喷式柴油机燃烧过程及碳烟生成的初步计算

依据已简化的包含多环芳烃生成的正庚烷气相详细化学反应机理,基于专业流体解析软件FLUENT6.3对直喷式柴油机压缩、膨胀冲程内的自燃和燃烧过程进行了动态模拟,得到了缸内平均温度、主要反应物以及中间产物多环芳烃生成量随转角变化的特性曲线.在数值上,计算得到以苯环质量为主的多环芳烃总生成量水平比试验测量结果约高出1~2个量级,但是在随转角变化的特性上,计算与试验测量曲线定性趋势一致.针对特定转角时刻主要火焰结构参数的截面分布,分析研究了柴油机缸内化学反应特性与流体流动相互作用下的空间分布特征.通过耦合详细碳烟粒子动力学模型,对碳烟表象尺寸进行了初步模拟.     

数值研究Sanida火焰D中辐射热的影响

为了考察湍流燃烧过程中的辐射热影响,数值模拟了Sanida火焰D,其中湍流流动采用多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型模拟,燃烧过程采用概率密度函数(PDF)方法和拉格朗日火焰面模型(LFM)以及详细化学反应机理GRI3．0联合的方法模拟,辐射换热采用有限体积(FVM)联合关联k分布模型模拟。计算结果和实验数据的比较发现虽然相对于燃烧热,辐射热是一个小量,但是考虑了辐射热影响以后,模拟结果大有改进。针对该现象,我们给出的解释是由于在湍流燃烧过程中,湍流过程,燃烧过程以及辐射换热过程三者是强耦合的,湍流作用很可能会将辐射换热作用放大,因此,对于燃烧过程的详细数值模拟,建议考虑辐射换热的影响。     

甲烷气体在泡沫陶瓷中预混燃烧的数值模拟和实验研究

本文对甲烷气体在泡沫陶瓷内燃烧进行了数值模拟和实验研究.根据预混燃烧理论,建立了基于气固两相局部非热平衡模型,采用 26 种组分,77 步详细化学反应机理来模拟反应过程.边界上的辐射换热采用双通量法求解,为减少计算时间,计算区域内部利用扩散近似法求解.为减少边界条件对模拟结果精度的影响,提出了采用能量平衡方法,建立边界上的对流,导热和辐射的整个换热过程,模拟表明这种边界条件具有二阶离散精度.     

甲醇喷雾湍流反应流的JPDF数值模拟

喷雾湍流燃烧过程中,液滴、湍流和化学反应之间强烈耦合,物理化学机理非常复杂。本文将速度-标量-频率联合概率密度函数JPDF输运方程方法应用于两相喷雾湍流反应流问题,利用火焰面模型解耦流动和化学反应动力学的耦合关系,建立起相应的数值计算模型。采用Monte-Carlo数值计算方法,针对澳大利亚悉尼大学Masri等人以甲醇为燃料所进行的湍流喷雾燃烧值班火焰这一试验进行了数值模拟,通过与Fluent下的计算结果及试验结果的对比分析,验证了本文所建模型的准确性。