用于燃燒模擬的動態(tài)自適應(yīng)機(jī)理及多時間尺度方法研究.pdf

1、燃燒作為能源形式轉(zhuǎn)換的主要手段,對其機(jī)理的深入理解程度直接關(guān)系到燃燒設(shè)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(biāo)?；诨磻?yīng)動力學(xué)的模擬方法被證明是詳細(xì)分析燃燒過程的最有效的手段之一,得到了廣泛的認(rèn)可。然而,基于詳細(xì)反應(yīng)機(jī)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(qiáng)剛性問題,以及組分和反應(yīng)數(shù)目龐大而帶來的控制方程復(fù)雜等問題,大大地限制了其應(yīng)用范圍。為了解決詳細(xì)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(yīng)機(jī)理DAC方法的基礎(chǔ)上分別采用四種代表性燃料進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　采用動態(tài)自適應(yīng)機(jī)理,本文在燃燒模擬過程中根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)峄瘜W(xué)狀態(tài)采用路徑通量分析方法簡化得到即時機(jī)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(dāng)前的特征時間將各個組分進(jìn)行分組,不同的組采用不同的積分時間步長進(jìn)行計算;綜合動態(tài)自適應(yīng)機(jī)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(jìn)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(yīng)機(jī)理過程的活躍組分?jǐn)?shù)目進(jìn)行了分析。
　　結(jié)合隱式方法與多時間尺度方法并對該方法進(jìn)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(yīng)機(jī)理方法VODE_DAC、采用多時間尺度的動態(tài)自適應(yīng)機(jī)理法MTS_DAC與純VODE的計算結(jié)果進(jìn)行了對比,得到了如下結(jié)論:
　　1)結(jié)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(yīng)機(jī)理方法DAC的有效結(jié)合能進(jìn)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(nèi)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(yīng)性,不僅能用于常規(guī)燃料的燃燒過程模擬,還能用于生物