本文關(guān)鍵詞：燃料燃燒反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理高效簡化方法研究

  更多相關(guān)文章： 化學(xué)機(jī)理簡化 路徑通量分析 多代關(guān)系系數(shù) 敏感性分析

【摘要】：隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)值模擬作為對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的補(bǔ)充甚至替代的研究方法,在燃燒研究領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。近年來,由于日益嚴(yán)峻的能源與環(huán)境問題,以及人們對認(rèn)識詳細(xì)燃燒過程的迫切需要,基于燃燒動力學(xué)機(jī)理的精細(xì)燃燒反應(yīng)流數(shù)值計算受到了廣泛關(guān)注并得到迅速發(fā)展,其在計算火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒅鹧舆t時間、污染物生成等燃燒特征方面顯示出了巨大的優(yōu)勢與潛力,為探索高效、清潔的燃燒方式以及尋求新型的替代燃料等提供了可靠的理論和數(shù)據(jù)支持。然而,若在燃燒反應(yīng)流模擬中直接采用包含成百上千個組分和數(shù)千甚至上萬種基元反應(yīng)的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理,常常需要龐大的計算機(jī)資源和難以承受的計算時間。因此,對詳細(xì)燃燒反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行合理簡化,已成為基于動力學(xué)機(jī)理的反應(yīng)流數(shù)值計算的重要前提之一。精細(xì)的燃燒反應(yīng)流模擬急需精確、高效的機(jī)理簡化方法。本文在分析總結(jié)既有研究成果的基礎(chǔ)上,提出了新型、高效的燃燒機(jī)理簡化方法,并通過對典型燃料燃燒機(jī)理的簡化及其在反應(yīng)流模擬中的應(yīng)用,測試了新方法的精確性和適用性。主要的工作內(nèi)容及成果如下:(1)在路徑通量分析機(jī)理簡化方法PFA的基礎(chǔ)上,充分考慮組分間的間接耦合關(guān)系,提出了多代路徑通量分析簡化方法MPFA。通過對甲烷、正庚烷、癸酸甲酯等典型燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理的簡化及模擬結(jié)果的對比分析,證明了考慮多代間接相關(guān)性的MPFA方法相對于PFA方法的優(yōu)勢。同時,研究了在PFA系列方法中,所考慮的組分間關(guān)系代數(shù)與所得簡化機(jī)理的精度、簡化所需計算時間之間的關(guān)系。分析結(jié)果表明,三代PFA方法較二代PFA方法有較大優(yōu)勢,但考慮組分間更多代間接相關(guān)性不僅簡化機(jī)理精度提高較少,且會導(dǎo)致簡化過程的計算量急劇增大。(2)針對PFA與MPFA方法在定義組分間關(guān)系系數(shù)時物理意義模糊,導(dǎo)致組分生成通量份額與消耗通量份額計算不合理等問題,對關(guān)系系數(shù)的定義式進(jìn)行了改進(jìn),并提出了改進(jìn)型多代路徑通量分析簡化方法IMPFA。通過與PFA及MPFA方法的比較,證明了IMPFA方法能夠更加合理地計算組分間的直接與間接耦合關(guān)系。在選擇代數(shù)相同的情況下,IMPFA的簡化效果明顯優(yōu)于MPFA方法。(3)考慮到以組分相關(guān)性為基礎(chǔ)的MPFA方法難以直接反映各組分或基元反應(yīng)對機(jī)理某具體特性參數(shù)的影響,從而導(dǎo)致簡化機(jī)理可能包含過多冗余組分和基元反應(yīng)的問題,提出了耦合MPFA與敏感性分析方法SA的新型機(jī)理簡化方法MPFASA。MPFASA方法綜合了MPFA的快速性與SA可直接考慮組分或基元反應(yīng)對機(jī)理特征參數(shù)的影響等優(yōu)點(diǎn),有效地提高了機(jī)理簡化的效率。通過對甲烷、正庚烷化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的簡化,證明了通過MPFASA方法可獲得在保證模擬精度的前提下,更為簡化的燃燒動力學(xué)機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：化學(xué)機(jī)理簡化 路徑通量分析 多代關(guān)系系數(shù) 敏感性分析
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 符號表9-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 課題的研究背景與意義12-14
• 1.1.1 課題的研究背景12
• 1.1.2 課題的研究意義12-14
• 1.2 化學(xué)機(jī)理簡化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 結(jié)果存儲方法14
• 1.2.2 混合歸納法14-15
• 1.2.3 時間尺度分析法15-16
• 1.2.4 組分或反應(yīng)消除法16-21
• 1.3 已有研究工作存在的問題21-22
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容22-23
• 1.5 小結(jié)23-24
• 2 化學(xué)動力學(xué)與路徑通量分析法24-36
• 2.1 化學(xué)動力學(xué)24-30
• 2.1.1 總包反應(yīng)與基元反應(yīng)24-25
• 2.1.2 基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率25-26
• 2.1.3 阿累尼烏斯定律26-27
• 2.1.4 非雙分子基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率27-28
• 2.1.5 多步反應(yīng)機(jī)理的反應(yīng)速率計算28-30
• 2.2 路徑通量分析方法30-35
• 2.2.1 路徑通量分析方法算法介紹30-33
• 2.2.2 路徑通量分析方法簡化流程33-35
• 2.3 小結(jié)35-36
• 3 多代路徑通量分析機(jī)理簡化方法及應(yīng)用36-64
• 3.1 多代路徑通量分析的基本算法36-38
• 3.2 甲烷燃燒機(jī)理GRI-Mech 3.0 的簡化結(jié)果分析38-52
• 3.2.1 MPFA方法與PFA2方法簡化結(jié)果比較38-45
• 3.2.2 在特定工況下各代PFA方法比較45-52
• 3.3 正庚烷燃燒機(jī)理的簡化結(jié)果分析52-57
• 3.4 癸酸甲酯燃燒機(jī)理簡化57-62
• 3.4.1 癸酸甲酯及其機(jī)理介紹57
• 3.4.2 癸酸甲酯機(jī)理1的MPFA簡化57-60
• 3.4.3 癸酸甲酯機(jī)理2的MPFA簡化60-62
• 3.5 小結(jié)62-64
• 4 改進(jìn)型多代路徑通量分析法64-82
• 4.1 改進(jìn)型多代路徑通量分析方法基本算法64-66
• 4.2 改進(jìn)型多代路徑通量分析方法簡化結(jié)果分析66-77
• 4.2.1 簡化機(jī)理在均質(zhì)自燃著火過程模擬中的應(yīng)用67-74
• 4.2.2 良攪拌反應(yīng)器模型下的簡化結(jié)果74-77
• 4.3 路徑通量分析方法的代數(shù)選擇77-80
• 4.4 小結(jié)80-82
• 5 耦合路徑通量與敏感性分析的機(jī)理簡化82-114
• 5.1 算法簡介82-85
• 5.1.1 多種機(jī)理簡化方法聯(lián)合研究現(xiàn)狀82-83
• 5.1.2 敏感性分析方法基本算法83-84
• 5.1.3 耦合路徑通量分析與敏感性分析方法簡化流程84-85
• 5.2 MPFASA方法簡化結(jié)果分析85-105
• 5.2.1 甲烷燃燒機(jī)理簡化85-94
• 5.2.2 正庚烷燃燒機(jī)理簡化94-105
• 5.3 基于分級敏感性分析的燃燒機(jī)理簡化方法105-112
• 5.3.1 基本算法與簡化流程105-106
• 5.3.2 實(shí)例分析106-112
• 5.4 小結(jié)112-114
• 6 結(jié)論與展望114-116
• 6.1 結(jié)論114-115
• 6.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)115
• 6.3 展望115-116
• 致謝116-118
• 參考文獻(xiàn)118-128
• 附錄128-129
• A. 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表及撰寫論文情況128-129
• B. 攻讀博士學(xué)位期間申請專利情況129
• C. 攻讀博士學(xué)位期間參研的科研項(xiàng)目129
• D. 攻讀博士期間學(xué)位獲得榮譽(yù)與經(jīng)歷129

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本文編號：1071732