微尺度燃燒條件下常用碳氫燃料反應機理的簡化.pdf

1、伴隨著微機電系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，對高功率、長壽命電力供給單元的需求日益迫切。基于微尺度燃燒的動力系統(tǒng)以其能量密度高、成本低、污染小等優(yōu)點得到了廣泛關注，其核心是微尺度下碳氫燃料的燃燒過程。為了能盡可能準確而快速地模擬微尺度燃燒過程，亟需能體現微尺度燃燒特性的簡化反應機理。
　　但目前的簡化機理大多是針對常規(guī)尺寸的燃燒而簡化的，在反應尺度和滯留時間上與微尺度燃燒有很大區(qū)別?；谶@一背景，本文面向微尺度燃燒的特點對常用碳氫燃料的詳細反應機

2、理進行簡化。
　　論文先對反應機理簡化的意義和簡化方法進行了闡述，并重點介紹了基于誤差傳播的直接關系圖法和敏感性分析法，后基于微尺度燃燒條件利用這兩種方法對常用碳氫燃料預混合燃燒的反應機理進行了簡化。
　　首先，對氫氣/氧氣燃燒的詳細反應機理進行了簡化。由于采用的方法不同，分別得到12步簡化機理和17步簡化機理，并將它們和詳細反應機理分別用于PSR模型進行計算和對比分析，結果表明，綜合使用基于誤差傳播的直接關系圖法和敏感性分

3、析法得到的簡化機理（17步）的計算結果更接近詳細機理。
　　其次，對甲烷與氧氣反應的詳細機理進行了簡化。簡化時，選擇GRI-Mech3.0作為詳細機理，分別采用基于誤差傳播的直接關系圖法和敏感性分析法進行簡化。前者獲得了10組分19步的簡化機理。應用PSR模型對簡化機理的適用范圍進行驗證，結果表明，簡化機理能在當量比0.5~1.6范圍內預測溫度和關鍵組分。后者簡化得到19組分38步機理。通過對比簡化機理和詳細機理的PSR模型和層流

4、預混火焰模型的計算結果，得出的最大誤差不超過10％。應用PSR模型對38步簡化機理的適用范圍進行驗證，結果表明，簡化機理適用于體積為0.1cm3~0.8cm3的燃燒器，且在當量比0.5~1.5范圍內，簡化機理與詳細機理吻合度均較高。
　　再次，采用敏感性分析法對甲烷與空氣反應的詳細機理進行了簡化。并且與甲烷和氧氣反應的簡化機理類似，對甲烷和空氣反應的簡化機理的適用范圍進行了驗證。
　　本文也采用實驗和模擬相結合的方法對簡化機