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。     

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。     

一种新型生物柴油替代燃料模型

为了分析实际生物柴油的燃烧特性,综合考虑了燃料的分子量、碳氢比、化学键能和十六烷值等特性,基于丁酸甲酯、醋酸乙酯、癸酸甲酯与正十二烷四种燃料,采用配平原子个数和十六烷值的方法构建了反映生物柴油基本燃烧特性的一种新的替代燃料模型。通过不同工况下模拟结果与实验数据的比较,对该方法的合理性进行了验证,结果表明该替代燃料模型能较好地预测生物柴油在不同压力、温度和当量比下的氧化过程。该机理构成方法为替代燃料机理的构建提供了新的思路。     

耦合路径通量分析与敏感性分析方法的燃烧机理简化

针对采用单一燃烧机理简化方法的缺陷,本文提出了耦合路径通量分析与敏感性分析的一种新的机理简化方法,并用于甲烷与正庚烷详细燃烧机理的简化。将采用该方法所得到的简化机理与采用路径通量分析方法得到的简化机理分别用于燃烧过程模拟,并与直接采用详细机理的模拟结果进行对比分析,结果表明耦合路径通量分析与敏感性分析机理简化方法可以在保持计算精度的情况下进一步减少机理组分数和基元反应数目。路径通量分析与敏感性分析简化方法的耦合为化学反应流模拟中的大型详细化学机理的简化提供了新的解决方案。     

采用核磁共振信息的FACE汽油替代燃料机理构建

提出了一种基于核磁共振分析所得的官能基团信息来构建替代燃料模型的新方法。根据核磁共振的光谱信息,定义了五种基本官能基团:烷烃CH_3基团、烷烃CH_2基团、环烷烃CH-CH_2基团、烯烃CH-CH_2基团和芳香烃C-CH基团,并通过匹配实际燃料的这些官能基团来构建FACE汽油替代燃料。选取正丁烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、2,5二甲基己烷、甲基环己烷和1-己烯作为备选基础燃料,根据FACE F、FACE G、FACE I和FACE J四种目标燃料的官能基团信息选取合适的替代燃料组分,进而构建相应的替代燃料模型。将所获得的替代燃料机理用于模拟不同初始条件下激波管内的燃料氧化燃烧,模拟结果与实验数据的对比表明,所构建的替代燃料机理能较好地预测FACE汽油在不同温度、压力和当量比条件下的着火特性。     

CH4掺混对高压H2泄漏自燃的抑制机制研究

本文采用高阶离散格式和详细动力学模型模拟了高压CH₄/H₂泄漏自燃过程。结果表明高压H₂泄漏自燃具有以下特性:H₂/空气间高压差会产生稀疏波、激波和燃料/空气接触断面等流动特征;高压H₂射流前端的空气温度在0.5μs内可升至1000 K以上;泄漏着火起始于贫燃区;着火后,H₂/空气扩散层内部存在多个火焰区域。对比不同混合水平下CH₄/H₂的泄漏自燃过程则发现,CH₄的加入极大地提升了高压储氢安全性。CH₄掺混抑制泄漏自燃的机制体现在三个方面:致使压缩空气的温升下降;降低燃料整体活性,尤其是H自由基的积累速率减缓;降低火焰锋面处的达姆科勒数,加剧自由基运输损失。本研究表明,向高压H₂中掺混高摩尔质量、低化学活性的其他气体是降低自燃风险的一种有效手段。