用于燃燒模擬的動態(tài)自適應機理及多時間尺度方法研究.pdf

1、燃燒作為能源形式轉換的主要手段,對其機理的深入理解程度直接關系到燃燒設備的開發(fā)、新型燃料的探尋以及高效、清潔燃燒過程的管理等,成為燃燒界不斷追尋的目標?；诨磻獎恿W的模擬方法被證明是詳細分析燃燒過程的最有效的手段之一,得到了廣泛的認可。然而,基于詳細反應機理的基元模擬過程不可避免地面對廣泛的時間尺度分布帶來的強剛性問題,以及組分和反應數(shù)目龐大而帶來的控制方程復雜等問題,大大地限制了其應用范圍。為了解決詳細燃燒模擬的精確性與模擬計算

2、量之間的矛盾,本文在完善多時間尺度算法MTS和動態(tài)自適應機理DAC方法的基礎上分別采用四種代表性燃料進行了數(shù)值模擬。
　　采用動態(tài)自適應機理,本文在燃燒模擬過程中根據(jù)當?shù)責峄瘜W狀態(tài)采用路徑通量分析方法簡化得到即時機理;基于時間尺度分離的原則,在燃燒模擬過程中動態(tài)計算各個組分的特征時間,并依據(jù)當前的特征時間將各個組分進行分組,不同的組采用不同的積分時間步長進行計算;綜合動態(tài)自適應機理和多尺度模擬的思想,對正庚烷、正癸烷、二甲醚和丁酸

3、甲酯四種燃料的自燃著火過程進行了模擬,分析了燃燒過程中其溫度、重要組分的濃度、著火遲延時間等變化,并且對動態(tài)自適應機理過程的活躍組分數(shù)目進行了分析。
　　結合隱式方法與多時間尺度方法并對該方法進行了測試對比。將多時間尺度模擬方法MTS、基于隱式積分算法VODE的動態(tài)自適應機理方法VODE_DAC、采用多時間尺度的動態(tài)自適應機理法MTS_DAC與純VODE的計算結果進行了對比,得到了如下結論:
　　1)結合隱式方法與MTS方法

4、,拓展了MTS算法的適用范圍,并能在保證計算精度的同時大大提高計算效率。
　　2)MTS方法、MTS_DAC方法與VODE_DAC方法,均能獲得較滿意的計算精度。
　　3)將時間尺度分離的方法MTS與動態(tài)自適應機理方法DAC的有效結合能進一步大大提高計算的效率。
　　4)通過對多種典型燃料在較廣泛的工況范圍內的測試,證明了MTS_DAC方法具有廣泛的燃料適用性和工況適應性,不僅能用于常規(guī)燃料的燃燒過程模擬,還能用于生物