本文關鍵詞：微尺度燃燒條件下常用碳氫燃料反應機理的簡化

  更多相關文章： 微尺度燃燒 機理簡化 敏感性分析 直接關系圖法 數(shù)值模擬

【摘要】：伴隨著微機電系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展,對高功率、長壽命電力供給單元的需求日益迫切。基于微尺度燃燒的動力系統(tǒng)以其能量密度高、成本低、污染小等優(yōu)點得到了廣泛關注,其核心是微尺度下碳氫燃料的燃燒過程。為了能盡可能準確而快速地模擬微尺度燃燒過程,亟需能體現(xiàn)微尺度燃燒特性的簡化反應機理。但目前的簡化機理大多是針對常規(guī)尺寸的燃燒而簡化的,在反應尺度和滯留時間上與微尺度燃燒有很大區(qū)別�；谶@一背景,本文面向微尺度燃燒的特點對常用碳氫燃料的詳細反應機理進行簡化。論文先對反應機理簡化的意義和簡化方法進行了闡述,并重點介紹了基于誤差傳播的直接關系圖法和敏感性分析法,后基于微尺度燃燒條件利用這兩種方法對常用碳氫燃料預混合燃燒的反應機理進行了簡化。首先,對氫氣/氧氣燃燒的詳細反應機理進行了簡化。由于采用的方法不同,分別得到12步簡化機理和17步簡化機理,并將它們和詳細反應機理分別用于PSR模型進行計算和對比分析,結果表明,綜合使用基于誤差傳播的直接關系圖法和敏感性分析法得到的簡化機理(17步)的計算結果更接近詳細機理。其次,對甲烷與氧氣反應的詳細機理進行了簡化。簡化時,選擇GRI-Mech3.0作為詳細機理,分別采用基于誤差傳播的直接關系圖法和敏感性分析法進行簡化。前者獲得了10組分19步的簡化機理。應用PSR模型對簡化機理的適用范圍進行驗證,結果表明,簡化機理能在當量比0.5~1.6范圍內(nèi)預測溫度和關鍵組分。后者簡化得到19組分38步機理。通過對比簡化機理和詳細機理的PSR模型和層流預混火焰模型的計算結果,得出的最大誤差不超過10%。應用PSR模型對38步簡化機理的適用范圍進行驗證,結果表明,簡化機理適用于體積為0.1cm3~0.8cm3的燃燒器,且在當量比0.5~1.5范圍內(nèi),簡化機理與詳細機理吻合度均較高。再次,采用敏感性分析法對甲烷與空氣反應的詳細機理進行了簡化。并且與甲烷和氧氣反應的簡化機理類似,對甲烷和空氣反應的簡化機理的適用范圍進行了驗證。本文也采用實驗和模擬相結合的方法對簡化機理進行了驗證。利用Fluent軟件對簡化機理進行計算,所得的結果和實驗數(shù)據(jù)較為一致,最大誤差不超過4%,進一步證明了簡化機理的準確性。文章最后對簡化機理在催化燃燒中的適用性進行了研究。利用PSR模型,分別使用17步氫氧氣相簡化機理和38步甲烷/氧氣氣相簡化機理與各自的表面機理進行耦合計算,并和詳細機理耦合計算的結果進行比較,結果表明,使用簡化機理時的溫度和關鍵組分的值都和使用詳細機理時接近,最大誤差不超過6%。
【關鍵詞】：微尺度燃燒 機理簡化 敏感性分析 直接關系圖法 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 微動力系統(tǒng)的概況12
• 1.2 微尺度燃燒的研究概況12-14
• 1.2.1 微尺度燃燒的定義與優(yōu)點12-13
• 1.2.2 微尺度燃燒面臨的問題13
• 1.2.3 國內(nèi)外微尺度燃燒的數(shù)值模擬研究13-14
• 1.3 機理簡化的研究概況14-18
• 1.3.1 詳細反應機理的研究14-16
• 1.3.2 國內(nèi)外機理簡化的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.3 機理簡化的意義17-18
• 1.4 本文主要的研究內(nèi)容18-19
• 第二章 計算模型及機理簡化方法19-26
• 2.1 Chemkin軟件簡介19-21
• 2.1.1 PSR模型19-20
• 2.1.2 層流預混火焰模型20-21
• 2.2 基于誤差傳播的直接關系圖法21-22
• 2.3 敏感性分析法22-23
• 2.4 Fluent軟件簡介23-25
• 2.4.1 基本控制方程24-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第三章 微尺度條件下H_2/O_2反應機理的簡化26-36
• 3.1 計算模型26-28
• 3.1.1 物理模型26
• 3.1.2 氫氣反應機理26-28
• 3.2 計算結果與分析28-32
• 3.2.1 基于DRGEP方法的簡化結果分析28-29
• 3.2.2 基于敏感性分析的結果29-32
• 3.3 簡化機理的驗證32-33
• 3.4 實驗驗證33-34
• 3.5 本章小結34-36
• 第四章 微尺度條件下CH_4/O_2反應機理的簡化36-53
• 4.1 計算模型與邊界條件36
• 4.1.1 物理模型36
• 4.1.2 邊界條件36
• 4.2 基于DRGEP法的簡化結果分析36-40
• 4.2.1 機理簡化結果36-38
• 4.2.2 簡化機理的驗證38-40
• 4.3 基于敏感性分析法的簡化結果分析40-51
• 4.3.1 機理簡化結果40-43
• 4.3.2 簡化機理的驗證43-46
• 4.3.3 簡化機理適用的體積范圍46-48
• 4.3.4 簡化機理適用的當量比范圍48-49
• 4.3.5 簡化機理的應用49-51
• 4.4 實驗驗證51-52
• 4.5 本章小結52-53
• 第五章 微尺度條件下CH_4/Air反應機理的簡化53-65
• 5.1 計算模型與邊界條件53-54
• 5.1.1 物理模型53
• 5.1.2 邊界條件53-54
• 5.2 基于敏感性分析的簡化結果分析54-57
• 5.3 簡化機理的驗證57-61
• 5.3.1 簡化機理和詳細機理在PSR模型中的驗證57-59
• 5.3.2 不同當量比條件下的驗證59-60
• 5.3.3 簡化機理適用的體積范圍60-61
• 5.4 簡化機理在Fluent中的應用61-63
• 5.4.1 計算模型與邊界條件61
• 5.4.2 兩種機理的模擬計算結果61-63
• 5.5 實驗驗證63-64
• 5.6 本章小結64-65
• 第六章 氣相簡化機理與表面反應機理的耦合計算65-72
• 6.1 微通道內(nèi)H_2/O_2耦合反應的數(shù)值模擬65-68
• 6.1.1 計算模型與邊界條件65-66
• 6.1.2 計算結果分析66-68
• 6.2 微通道內(nèi)CH_4/O_2耦合反應的數(shù)值模擬68-71
• 6.2.1 計算模型與邊界條件68-69
• 6.2.2 計算結果分析69-71
• 6.3 本章小結71-72
• 第七章 總結與展望72-74
• 7.1 總結72-73
• 7.2 展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-79
• 碩士期間發(fā)表的論文79
• 碩士期間申請的專利79

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本文編號：827317