基于详细机理模型的乙烯预混气有/无滞止下燃烧过程的模拟研究

摘要

随着中国经济的飞速发展和人们生活水平的日益提高，乙烯的衍生产品已成为人们日常生活中不可或缺的物质。同时，乙烯其如同甲烷一样，极易燃烧并放出热量，由此乙烯的燃烧过程，即可以作为一种能源燃料为人们所利用用于生产加工，又可能因为大型化工生产导致大量泄漏形成可燃气云对人们生产生活带来危害。因此对于乙烯燃烧行为的研究显得至关重要，所以本文主要从本质角度摸清乙烯的燃烧规律以更好地利用乙烯能源。 首先模拟开敞空间的乙烯燃烧过程，在确定模型代入详细机理的优异性后，再分析模型中初始气体的风速、当量比以及点燃方式对燃烧过程的影响。 接着模拟小尺度的乙烯滞止燃烧情况。通过模拟软件CHEMKIN对乙烯的燃烧情况进行模拟。分析燃烧过程中的当量比、喷嘴流速、惰性气体在混合气体中的比例对滞止火焰的影响，判断有稳定滞止面的实验条件。在CHEMKIN模拟结果和前人对热传输理论的研究基础下，应用FLUENT对该滞止火焰的二维燃烧情况进行模拟。将用两种方式模拟的结果进行比对，发现两种方法的模拟结果有较高的一致性。同时，将二维火焰情况与实验中滞止面燃烧情况比对，发现FLUENT能较好模拟出燃烧情况。 最后，为了能够简化计算过程，本文使用CHEMKIN中自带的一款DRG机理简化方法，在CHEMKIN中原有的一个滞止火焰工程条件下对GRI3.0机理进行机理简化。选用两种方法进行机理简化，将简化完成后得到的机理代入到CHEMKIN和FLUENT中。与在同种工况条件下与GRI3.0机理的结果进行比较，温度、组分、速率情况是存在一些差异的，但总体上简化机理也能较好反映出滞止火焰的燃烧情况。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2研究现状

1．3研究意义和内容

1．4章节安排

2研究思路及主要方法

2．1 FLUENT的应用

2．1．1湍流模型

2．1．2组分输运方程

2．1．3能量方程

2．1．4涡耗散模型

2．1．5 FLUENT与详细机理耦合

2．1．6离散化方法

2．2 CHEMKIN的应用

2．2．1 CHEMKIN软件简介

2．2．2 CHEMKIN中滞止模型

2．2．3机理简化和CHEMKIN中DRG机理简化方法原理

2．2．4 DRG机理简化的步骤

2．3机理模型介绍

2．3．1几何模型和基本假设

2．3．2 FLUENT参数设置

2．3．3两种机理模型

2．4本章小节

3基于两种机理下乙烯燃爆过程模拟分析对比研究

3．1基于一步机理的乙烯燃爆过程模拟结果

3．1．1初始及边界条件设置

3．1．2结果分析

3．2基于详细机理的乙烯燃爆过程模拟结果

3．2．1初始及边界条件设置

3．2．2结果分析

3．3两种模拟结果对比

3．4本章小节

4不同条件下开敞空间的燃烧情况

4．1不同左入口速率下的燃烧结果

4．1．1入口风速为0．1m／s时的燃烧结果

4．1．2不同入口速率的模拟结果

4．1．3不同风速燃烧结果的比对

4．2不同乙烯浓度下燃烧结果

4．2．1乙烯比例为总体积30％时的燃烧结果

4．2．2乙烯比例为总体积28％时的燃烧结果

4．2．3三种不同当量比燃烧结果的对比

4．3不同点燃方式下燃烧结果

4．3．1高温入口点燃方式的燃烧结果

4．3．2墙壁点燃方式的燃烧结果

4．3．3点燃条件燃烧结果的对比

4．4本章小节

5基于详细机理的平面滞止火焰燃烧过程模拟研究

5．1基于详细机理下的平面滞止火焰燃烧过程模拟

5．1．1基于CHEMKIN模拟一维平面滞止火焰燃烧过程

5．1．2基于FLUENT模拟二维平面滞止火焰燃烧过程

5．1．3对比

5．2机理简化模型下平面滞止火焰燃烧过程模拟

5．2．1机理简化过程研究

5．2．2简化机理与详细机理结果比较

5．3本章小节

6总结与展望

6．1结论

6．2不足与展望

致谢

参考文献

附录