近年來,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行的戰(zhàn)略性調(diào)整,逐漸實(shí)現(xiàn)一次能源結(jié)構(gòu)清潔低碳化。在此背景下,天然氣等清潔能源使用比例將逐步提高。隨著2017年我國(guó)海上開采可燃冰試驗(yàn)成功,這為天然氣廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。天然氣主要成分為甲烷,同煤炭等能源相比,具有清潔、燃燒效率高的特點(diǎn)。但仍存在NO_x等污染物超標(biāo)問題。目前,以煙氣再循環(huán)技術(shù)為基礎(chǔ),通過添加稀釋劑來減少污染物排放是一種有效方式。稀釋劑的添加改變了甲烷燃燒特性和污染物的生成路徑,燃燒機(jī)理發(fā)生改變,在此過程中許多問題尚未解決。所以對(duì)不同稀釋氛圍下甲烷的燃燒特性進(jìn)行研究是必要的。本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)模擬了CO₂和H₂O對(duì)甲烷火焰燃燒特性的影響。首先,采用PREMIX模型,在GRImech3.0機(jī)理框架下模擬煙氣循環(huán)技術(shù)中各技術(shù)參數(shù)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊�。并在機(jī)理中補(bǔ)充定義了FH₂O,FCO₂等不參與化學(xué)反應(yīng)的虛擬物質(zhì),以判斷CO₂和H₂O所帶來的化學(xué)效應(yīng)。結(jié)果為:當(dāng)量比為1,CO₂... 

【文章來源】：山東建筑大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

煙氣再循環(huán)示意圖

山東建筑大學(xué)碩士畢業(yè)論文-9-第二章燃燒模型的建立與求解方法層流燃燒是研究湍流燃燒的基礎(chǔ)，所以研究層流火焰燃燒特性是必要的。關(guān)于湍流模型的研究十分有限，目前所提出湍流燃燒模型具有局限性，僅能在部分問題上保持準(zhǔn)確性。目前為止，還沒有研究人員提出普遍適用的湍流燃燒模型，對(duì)燃燒特性的研究均是在層流流動(dòng)的基礎(chǔ)上，然后逐步發(fā)展到湍流。目前眾多高等院校和科研院所均提出自己的一維層流模型，并且開發(fā)了相應(yīng)程序。常見計(jì)算程序有，PREMIXI，[52]OPPDIF，Cantera.，F(xiàn)IameMaste等，其中PREMIX和OPPDIF是CHEMKIN軟件重要組成部分，該軟件目前已被ANSIS公司收購(gòu)。本文采用PREMIX模型對(duì)層流火焰特性進(jìn)行模擬計(jì)算，選擇GRImech3.0為反應(yīng)機(jī)理，保持燃燒過程的完整性。模擬得出燃燒過程中任意反應(yīng)發(fā)生位置，產(chǎn)物濃度、反應(yīng)速率等信息，通過對(duì)以上信息進(jìn)行分析，可以得出不同工況下燃燒過程各基元反應(yīng)變化情況。2.1PREMIX模型計(jì)算原理2.1.1物理模型圖2.1所示為一維預(yù)混火焰的物理模型�？梢钥闯�，燃料、氧化劑、稀釋劑等氣體經(jīng)過預(yù)混后，從左側(cè)入口流入，經(jīng)預(yù)熱、反應(yīng)和產(chǎn)物三個(gè)區(qū)域后，煙氣從右側(cè)出口排出。預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)，燃燒反應(yīng)速率緩慢，預(yù)熱混合氣體處于預(yù)熱階段，燒速率緩慢。反應(yīng)區(qū)內(nèi)，燃燒反應(yīng)劇烈，放出大量熱，各產(chǎn)物濃度急劇變化。產(chǎn)物區(qū)，主要化學(xué)反應(yīng)已基本完成，產(chǎn)物濃度也逐漸到達(dá)平衡狀態(tài)。圖2.1一維層流預(yù)混火焰物理模型為方便簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)燃燒模型做出以下做假設(shè):

山東建筑大學(xué)碩士畢業(yè)論文-15-2.3求解方法目前關(guān)于數(shù)學(xué)模型的數(shù)值求解方法，主要氛圍有限差分法和有限容積法。本文采用有限差分法對(duì)微分方程進(jìn)行離散，利用TWOPNT函數(shù)[53]進(jìn)行求解。2.3.1網(wǎng)格劃分利用PREMIX模型模擬燃燒時(shí)，反應(yīng)區(qū)域一般較短，燃燒反應(yīng)也最劇烈，這會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)較大溫度梯度和產(chǎn)物濃度變化。在預(yù)熱區(qū)，燃燒反應(yīng)緩慢，氣體主要通過擴(kuò)散效應(yīng)獲取熱量，溫度梯度和產(chǎn)物濃度濃度變化幅度校而產(chǎn)物區(qū)內(nèi)，主要燃燒反應(yīng)已經(jīng)平衡，溫度基本不變，產(chǎn)物濃度出現(xiàn)小幅變化。為保證計(jì)算精度且不占用大量計(jì)算空間，應(yīng)反應(yīng)區(qū)對(duì)計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。TWOPNT函數(shù)可自定義網(wǎng)格，也可采用自適應(yīng)網(wǎng)格。本文模擬采用自適應(yīng)網(wǎng)格。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方法如下:（1）首次計(jì)算時(shí)，采用少量網(wǎng)格，并集中分在預(yù)熱區(qū)與反應(yīng)區(qū)，詳見圖2.1。圖2.2一維層流預(yù)混火焰物理模型（2）首次計(jì)算迭代收斂后，按照是否滿足網(wǎng)格加密標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)增加網(wǎng)格，在第一次計(jì)算的基礎(chǔ)上繼續(xù)計(jì)算。反之。滿足標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，結(jié)束計(jì)算。（3）增加的網(wǎng)格設(shè)置在需加密兩網(wǎng)格之間，大小取兩網(wǎng)格數(shù)值的平均值。在燃燒模擬中，網(wǎng)格加密程度的控制重要，加密的網(wǎng)格既要保持計(jì)算精度，同時(shí)還要控制網(wǎng)格數(shù)量。即占用較少的計(jì)算空間來獲取較為準(zhǔn)確的結(jié)果。TWOPNT函數(shù)可以根據(jù)要求，利用GRAD（梯度）、CURV（曲率）及差值三種方式共同決定網(wǎng)格加密標(biāo)準(zhǔn)。2.3.2控制方程離散求解模型中的微分方程，首先要將微分方程離散化。本文在計(jì)算域內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行非均勻離散，利用有限差分法求解方程。對(duì)于能量方程，利用一階迎風(fēng)差分將對(duì)流項(xiàng)離散化，中心差分方法對(duì)將導(dǎo)熱

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]燃燒反應(yīng)機(jī)理全局性簡(jiǎn)化及骨架機(jī)理優(yōu)化[J]. 林圣強(qiáng),謝鳴,王佳星,周偉星,楊斌.  燃燒科學(xué)與技術(shù). 2019(05)
[2]世界能源展望中國(guó)特別報(bào)告 中國(guó)能源展望2017（英文）[J].   China Oil & Gas. 2018(02)
[3]甲烷在O2/CO2氣氛下的框架和總包簡(jiǎn)化機(jī)理[J]. 胡賢忠,于慶波,李延明.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào). 2018(01)
[4]燃?xì)廨啓C(jī)燃燒過程中污染物的生成機(jī)理[J]. 王峰,肖俊峰,李曉豐,王瑋.  熱力發(fā)電. 2015(06)
[5]燃?xì)夤I(yè)鍋爐的能耗現(xiàn)狀與節(jié)能途徑[J]. 程靜,謝常歡,吳繼權(quán).  中國(guó)特種設(shè)備安全. 2013(10)
[6]一個(gè)適用于甲醇—參比燃料混合燃料的簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理[J]. 王剛,王峰,廖世勇.  車用發(fā)動(dòng)機(jī). 2010(05)
[7]甲烷燃燒NOx生成的數(shù)值研究[J]. 李建雄,鹿玉潔.  河南機(jī)電高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào). 2010(04)
[8]O2/CO2氣氛下甲烷火焰中NO均相反應(yīng)機(jī)理研究[J]. 趙然,劉豪,胡翰,閆志強(qiáng),孔凡海,吳輝,邱建榮.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2009(20)
[9]富氧空氣/甲烷擴(kuò)散燃燒的NO抑制機(jī)理的數(shù)值研究[J]. 馮耀勛,趙黛青,賈明生,鄭曉峰.  工業(yè)加熱. 2005(05)
[10]天然氣燃燒的低NOx排放研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J]. 張成毅,李帆,榮慶興.  上海煤氣. 2005(04)

博士論文
[1]CH4在O2/CO2氣氛下燃燒特性的研究[D]. 胡賢忠.東北大學(xué) 2017
[2]高濃度CO2氣氛下NO釋放及火焰特性的動(dòng)力學(xué)學(xué)究[D]. 趙然.華中科技大學(xué) 2011

碩士論文
[1]CH4在O2/CO2氣氛中燃燒機(jī)理的研究[D]. 王澤鑫.東北大學(xué) 2012
[2]添加稀釋劑對(duì)甲烷燃燒中NOx形成影響的研究[D]. 張悅.南京師范大學(xué) 2012



本文編號(hào)：2960236