耦合详细／半详细反应动力学机理的碳氢燃料预混气着火过程及火焰结构数值预测

理论分析碳氢类燃料，空气预混气热着火和流动燃烧过程数值计算方法，并对IPIC－CFDⅡ软件进行修改，使之适合燃料零维着火与火焰结构计算，程序采用了美国SANDIA国家实验室，NASA和BERKELEY大学热力不数据库中的相关参数以及大型化学反应动力学软件包CHEMKIN中相关的模型和子程序；火焰结构计算模块引入美国SANDIA国家实验室开发的PREMIX程序，运用开发的源码，以庚烷／空气预混气和碳氢类燃料中具有代表性的柴油为例；采用最新的化学反应动力学机理（其中庚烷氧化机理包含290个基元反应，涉及57种组分；柴油动力学机理包含327个基元反应，涉及71种组分），计算了C7H16／O2／N2，预混气在不同点火温度，不同当量比和不同压力下的着火延迟时间，预测了火争中反应物，主产物，自由基浓度以及温度变化的时间进程，同时模拟了柴油在不同工况下，其预混火焰中温度，反应物，主产物和自由基浓度随火争高度的变化关系。以上研究为反应设计提供指导。     

层流预混火焰传播速度与火焰稳定传播界限的测定

采用本生灯法和直管法测定了液化石油气（LPG）、甲烷与氢燃料质子交换膜燃料电池（PEMFC）阳极尾气与空气的三种不同浓度混合气的层流火焰传播速度。此外,对三种不同浓度可燃混合气火焰的稳定传播界限也进行了测定。实验结果为多燃料燃烧器的开发提供了设计依据。     

层流预混滞止火焰结构及传播速度实验研究

火焰传播速度反映了火焰和燃料燃烧的基本特性,但火焰传播比较复杂,受流动,传热以及化学反应等众多因素的影响,在实际的系统中,无法得到理想化的平面燃烧波,而利用平面滞止火焰可外推得到零位伸率下的火焰传播速度,即理想层流火焰传播速度。在建立稳定的层流预混滞止火焰的基础上,用激光多普勒仪测定了滞止流动的速度分布,得到了火焰结构的一些特征,并根据同一空燃比下不同位伸率与当地火焰传播速度的关系,获得了理想层流     

耦合详细/半详细反应动力学机理的碳氢燃料预混气着火过程及火焰结构数值预测

理论分析碳氢类燃料、空气预混气热着火和流动燃烧过程数值计算方法.并对IPIC -CFDⅡ软件进行修改,使之适合燃料零维着火与火焰结构计算.程序采用了美国SANDLA国家实验室、NASA和BERKELEY大学热力学数据库中的相关参数以及大型化学反应动力学软件包CHEMKIN中相关的模型和子程序;火焰结构计算模块引入美国SANDLA国家实验室开发的PREMIX程序.运用开发的源码,以庚烷/空气预混气和碳氢类燃料中具有代表性的柴油为例采用最新的化学反应动力学机理(其中庚烷氧化机理包含290个基元反应,涉及57种组分;柴油动力学机理包含327个基元反应,涉及71种组分),计算了C7H16/O2/N2预混气在不同点火温度、不同当量比和不同压力下的着火延迟时间,预测了火焰中反应物、主产物、自由基浓度以及温度变化的时间进程;同时模拟了柴油在不同工况下,其预混火焰中温度、反应物、主产物和自由基浓度随火焰高度的变化关系.以上研究为反应设计提供指导.     

层流预混滞止火焰结构及传播速度的数值模拟

在考虑了甲烷与空气燃烧过程中１７种分子、原子和基团的４６个基元反应的基础上,采用数值模拟方法求解了甲烷层流滞止火焰结构,给出了各种组分与温度的空间分布,计算了不同拉伸率下的甲烷滞止火焰的传播速度,导出了层流预混火焰的传播速度。     

CH4／O2／N2预混,层流,稳态火焰反应机理分析

本文采用数值模拟方法确定了一种用于模拟甲烷火焰的详细化学反应机理模式，根据模式进行了数值计算，得出了层流火焰速度与当量的比关系以主温度，各组分浓度沿ｘ轴线方向的分布曲线。     

氢气和水蒸气对甲烷/空气层流火焰传播速度的影响

为了较为系统地认识氢气和水蒸气对火焰传播的影响，应用CHEMKIN-Ⅱ程序计算了甲烷/空气层流预混火焰传播速度，并就水蒸气和氢气对火焰传播速度的影响做了定量计算与分析．结果表明：氢气能使火焰传播速度大幅提高，且当初始温度升高时，氢气对火焰传播速度的提高作用增大；水蒸气的加入会使甲烷/空气层流预混火焰传播速度降低，并且在空气过量时燃料越少其影响越弱；当氢气和水蒸气同时加入预混气时，水蒸气的加入会使氢气对火焰传播速度的提高作用减弱．     

火焰图像法计算气体层流燃烧反应动力学参数

采用本生灯实验系统对CH4/CO/空气混合的层流火焰传播速度进行了测量,并对系统进行了改进,找到了更为高效准确的火焰图像数据处理方法给出了计算预混气体层流火焰传播速度的公式,通过该公式可对燃料在特定条件下燃烧的表观活化能、反应级数、频率因子等参数进行进一步推算,并推算了该公式应用于不同燃空当量比工况时的修正因子.以CH4/CO单组分及混合燃烧为例,将模型预测结果与实验结果进行了对比,结果显示模型预测结果与实验结果吻合度高.     

考虑详细化学和物理过程的碳氢预混火焰炭黑生成动力学模型及数值模拟

研究炭黑颗粒生成的详细动力学模型,模型将矩方法扩展到包括分子自由程尺度、转捩区和连续区范围内颗粒凝结、大尺度颗粒分形聚合、形成和生长的全面描述．反应机理包括目前国际上关于气相反应、多环芳香烃PAH化学、炭黑成核以及表面氧化的最新研究成果．在描述碳氢火焰GRI—Mech3．0机理的基础上,增加了多环芳香烃组分生成和生长的PAH亚机理和炭黑表面氧化等亚机理,整个机理涉及121种物质和731个基元反应．采用以上模型和机理,模拟了常压下二种碳氢预混火焰结构,并与实验值进行比较,结果表明,模型和机理能够很好地预测主产物、中间组分、自由基和芳香烃组分生成和消耗以及炭黑形成和炭黑粒径演化过程．模型预测和实验数据符合程度因子在0．138以内．     

一个新的甲醇氧化简化化学动力学机理

基于甲醇氧化反应的主要反应历程分析,构建了一个包含17种组分和40个基元反应的甲醇简化化学动力学机理.通过与激波管、流反应器、稳态反应器、层流火焰速度和火焰结构实验数据的比较表明,该机理在温度为823～2 180 K、压力为0.005～2.0 MPa、当量比为0.2～2.6范围内能够准确描述甲醇氧化历程.用该机理计算所得的甲醇层流火焰速度和着火滞燃期与实验结果吻合得很好,对预混层流火焰模型中燃烧中间产物CH_2O、CO体积分数的计算结果相当准确.与其他简化机理相比,该机理适用范围更广;与全面的详细机理相比,该机理更适合与CFD多维模型耦合.     

丁烷层流预混燃烧多棱火焰的实验研究

在丁烷层流预混气体的燃烧过程中清晰地观察到多棱火焰现象。实验中，对3种喷口冷却条件，8种燃料流量下出现多棱火焰现象的浓度界限进行了测定。实验结果表明，当喷口冷却条件加强时，相同燃料流量下出现多棱火焰时空气消耗系数降低。实验也表明，多棱火焰在一定的燃料流量下出现，燃料流量超过一定值时，多棱火焰现象不再出现。同时，燃料流量越大，出现多棱火焰的棱数也越多。     

应用图像处理技术进行预混层流火焰传播速度的在线测量

利用图像处理技术，根据层流预混火焰稳定燃烧的条件结合预混火焰燃烧模型，设计了火焰传播速度在线实时测量系统，通过图像采集在线获取火焰的静态图像，然后自动对图像进行滤波，边缘提取，再进行计算得到火焰传播前沿面积，在线算出火焰传播速度，这种方法具有非接触式测量的优点，利用它不仅可以测量层流预混火焰的传播速度，同时还为层流火焰的燃烧机理的研究提供一种直接的手段．     

格子Boltzmann方法模拟层流对冲预混火焰

运用格子Boltzmann方法对气体燃烧进行了模拟,其中包括了对流、扩散和反应等过程．在模拟中假设化学反应对流场没有影响,因而流场、温度场和组分场没有相互耦合,可以分别用LB方程进行求解．选择层流对冲火焰作为对燃烧的基础计算模拟．该模型的几何特征是有两个相对的相同燃烧喷口喷出燃料与空气的混合气体,而形成稳定的流场．计算结果与传统的Navier—Stokes方法计算得到的结果进行了对比,结果能够较好地吻合,说明格子Boltzmann方法可以对燃烧进行模拟．     

层流预混自由火焰数学模型及数值计算的研究

采用复杂化学动力学反应模型。模拟研究了开放空间中层流预混自由火焰的燃烧问题,并预测了自由火焰温度场、浓度场的分布状况,分析了在预混火焰燃烧过程中复杂化学反应模型的影响。为燃烧器的设计提供理论依据。     

多孔介质内层流预混燃烧的数值模拟

燃气与固体构架之间强烈的换热,使多孔介质内的燃烧与自由流中的燃烧有很大不同．模拟了甲烷／空气预混气在多孔介质内的一维层流燃烧过程,详细考察了多孔介质构架中的辐射换热和气固之间对流换热,并使用了详细化学反应机理,其计算结果能够较好地预测多孔介质内的各种燃烧特性．     

Numerical Study on the Morphology of a Re-Ignited Laminar Partially Premixed Flame with a Co-Axial Pilot Flame

Re-ignited partially premixed flame(PPF) is a quite extensive flame type in real applications, which is directly relevant to the local and global extinction and re-ignition phenomenon. The authors designed a model burner to establish laminar re-ignited PPFs. Numerical simulations were carried out to reveal the morphology of laminar re-ignited PPF. Based on the distributions of temperature, heat release and radicals, the morphologies of re-ignited flames were explored. W-shaped flames were formed...     

基于详细化学反应动力学的含颗粒甲烷/空气层流火焰模拟研究

本文基于含颗粒甲烷燃烧详细化学反应动力学机理Gri-Mech3.0,采用层流预混火焰速度计算模型计算了含颗粒甲烷空气层流预混燃烧过程。通过对比层流火焰燃烧速度曲线,分析了温度和当量比对燃烧速度的影响,且对计算结果进行敏感性分析。研究结果表明,颗粒存在降低了火焰的燃烧速度,且温度越高,燃烧速度降低的越明显,而燃烧速度变化量随当量比的增加则先增大后减小。