當前傳統(tǒng)內(nèi)燃機正朝著更高壓力、低火焰溫度和稀薄燃燒等方向發(fā)展。作為第四種物質(zhì)聚集狀態(tài),等離子體可與燃料分子碰撞,產(chǎn)生高溫和催化效果以加速燃料氧化,有效縮短點火延遲時間,提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?從而實現(xiàn)強化點火和助燃的目的。本文通過數(shù)值模擬平臺對等離子體對甲烷/空氣點火和燃燒特性的影響進行研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:首先,利用開源CFD軟件OpenFOAM,根據(jù)需求進行子模塊自主編程,從軟件理論基礎、組成和應用等方面進行介紹,建立對沖層流預混模型并分析燃燒過程。結(jié)果顯示:等離子體分布與甲烷燃燒過程關系密切,促進點火和助燃。其次,以詳細的化學反應機理GRI-MECH 3.0為基礎,利用化學反應動力學軟件CHEMKIN探究等離子體種類和濃度變化對甲烷燃燒過程中的點火延遲、燃燒特性和放熱率變化的影響規(guī)律。結(jié)果表明:等離子體的加入有助于縮短點火延遲時間、提高缸內(nèi)最高壓力和溫度,并且O自由基的作用效果優(yōu)于H。通過比較濃度分別為0.5%、1%和1.5%的自由基O對甲烷燃燒特性的影響,表明增大O濃度可以使缸內(nèi)燃燒溫度和壓力升高,促進燃燒反應進程,但O濃度過大對點火助燃效果提升不明顯。自由基的加入會使著火時... 

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 能源現(xiàn)狀與政策
    1.3 等離子體助燃研究進展
        1.3.1 等離子體基本概念及應用
        1.3.2 等離子體基本參數(shù)及產(chǎn)生
        1.3.3 點火助燃機理研究
    1.4 選題依據(jù)與研究內(nèi)容
第2章 計算軟件及數(shù)值模型
    2.1 引言
        2.1.1 OpenFOAM發(fā)展歷史
        2.1.2 OpenFOAM特點
    2.2 OpenFOAM架構(gòu)
    2.3 應用范圍
    2.4 基本控制方程
    2.5 相關物理模型
    2.6 本章小結(jié)
第3章 對沖層流預混CH_4/空氣燃燒數(shù)值模擬
    3.1 研究背景
    3.2 物理模型
    3.3 幾何模型建立
        3.3.1 模型建立準則
        3.3.2 幾何模型
    3.4 初始和邊界條件
    3.5 物理特性
    3.6 熱物性設置
    3.7 方程求解的時間控制和算法
        3.7.1 設定流程控制文件
        3.7.2 設置離散格式
        3.7.3 選擇方程求解器和算法控制
    3.8 后處理及結(jié)果分析
        3.8.1 后處理軟件
        3.8.2 關鍵位置流場矢量圖
        3.8.3 反應機理探究
    3.9 本章小結(jié)
第4章 等離子體對CH_4/空氣燃燒反應的影響
    4.1 引言
    4.2 CHEMKIN軟件基礎
        4.2.1 理論模型介紹
        4.2.2 模型建立
        4.2.3 數(shù)值模擬初始條件
    4.3 等離子體對燃燒特性的影響
        4.3.1 不同等離子體對甲烷燃燒的影響
        4.3.2 等離子體對壓力升高率的影響
        4.3.3 等離子體濃度對甲烷燃燒特性的影響
    4.4 等離子體對放熱率的影響
        4.4.1 不同等離子體對放熱率的影響
        4.4.2 等離子體濃度對放熱率的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 臭氧對天然氣均質(zhì)壓縮燃燒的影響
    5.1 引言
    5.2 模型建立
    5.3 結(jié)果分析與討論
        5.3.1 臭氧濃度對缸內(nèi)燃燒特性的影響
        5.3.2 進氣溫度對燃燒過程的影響
        5.3.3 進氣壓力對燃燒過程的影響
        5.3.4 壓縮比對燃燒過程的影響
        5.3.5 當量比對燃燒過程的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 未來展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間的學術(shù)活動及成果情況


【參考文獻】：
期刊論文
[1]等離子體強化燃燒的目前研究進展[J]. 何立明,劉興建,趙兵兵,金濤,于錦祿,曾昊.  航空動力學報. 2016(07)
[2]不同長細比圓柱繞流的大渦模擬[J]. 端木玉,萬德成.  水動力學研究與進展（A輯）. 2016(03)
[3]“十三五”國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃綱要亮點解析[J]. 張占斌.  環(huán)境保護. 2016(05)
[4]等離子體助燃技術(shù)發(fā)展與應用研究[J]. 楊衛(wèi)東.  科技經(jīng)濟導刊. 2015(15)
[5]中國制造2025[J]. 黎麗,謝偉,魏書傳,汪楊.  金融經(jīng)濟. 2015(13)
[6]傳統(tǒng)燃燒與等離子體助燃的燃燒室數(shù)值仿真[J]. 劉興建,何立明,宋振興,蘇建勇,王景杰,于錦祿.  燃燒科學與技術(shù). 2015(02)
[7]等離子體流動控制與點火助燃研究進展[J]. 吳云,李應紅.  高電壓技術(shù). 2014(07)
[8]基于OpenFOAM的甲烷摻氫燃燒數(shù)值模擬研究[J]. 李嘉辰,劉昊,趙光耀,盧海濤,韓雪嬌,張紅光.  中國現(xiàn)代教育裝備. 2014(05)
[9]燃燒基礎研究的進展和挑戰(zhàn)(英文)[J]. 琚詒光.  力學進展. 2014(00)
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博士論文
[1]基于OpenFOAM平臺的木質(zhì)生物質(zhì)多組分熱解及燃燒特性數(shù)值模擬研究[D]. 丁彥銘.中國科學技術(shù)大學 2017
[2]燃燒計算中火焰面模型的研究[D]. 陸陽.中國科學技術(shù)大學 2009

碩士論文
[1]基于OpenFOAM的燃氣輪機燃燒室的大渦數(shù)值模擬[D]. 曾佑杰.大連理工大學 2015
[2]剛性圓柱繞流以及穩(wěn)定性的研究[D]. 王力.江蘇大學 2015
[3]非平衡等離子體對汽油和甲烷燃燒影響的數(shù)值模擬研究[D]. 王回春.合肥工業(yè)大學 2014
[4]OpenFOAM中穩(wěn)態(tài)大氣邊界層風洞的開發(fā)研究[D]. 張洪華.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[5]基于VOF方法的噴嘴空穴流動與近場噴霧數(shù)值模擬研究[D]. 林宇星.南昌大學 2013



本文編號：3664482