激光激活氣體分子助燃CH4-O2-N2燃燒的機(jī)理簡(jiǎn)化研究.pdf

1、為了提高燃料的燃燒效率和能源的利用率,本文首先采用飛秒激光等離子體對(duì)預(yù)混氣體CH4/O2/N2作用,產(chǎn)生大量的激發(fā)態(tài)組分和活性粒子,加快鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速率,從而有效地提高了燃燒速度和燃料的利用率。另一方面,為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)和流動(dòng)的耦合計(jì)算,解決數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間與求解精度的矛盾,本文基于敏感性分析的方法對(duì)飛秒激光激活氣體分子助燃CH4/O2/N2燃燒的機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化。
　　本文首先完善了激光激活氣體分子的助燃模型。當(dāng)預(yù)混氣體中氧原子的摩爾濃度

2、超過0.0084時(shí),火焰的增強(qiáng)效果開始下降。通過分析激發(fā)態(tài)氮分子存在時(shí)層流預(yù)混火焰的傳播速度和主要組分濃度的變化發(fā)現(xiàn),N2(A3Σu+)解離CH4、CH3對(duì)貧燃和富燃火焰影響較大;N2(A3Σu+)與O2、CH4作用時(shí),提高了F=0.9-1.3范圍內(nèi)的火焰?zhèn)鞑ニ俣取；诩す庵?LPC)機(jī)理分析發(fā)現(xiàn),1％、2%N2被激發(fā)為N2(A3Σu+)時(shí),在整個(gè)當(dāng)量比范圍內(nèi),火焰?zhèn)鞑ニ俣染刑岣摺?br>　　其次,對(duì)GRI_3.0機(jī)理、激發(fā)態(tài)氧分子

3、機(jī)理、臭氧機(jī)理作敏感性分析。在F=1.0時(shí),對(duì)H2O、CO2、O2濃度影響最大的2個(gè)反應(yīng)均是H+O2<=>O+OH和H+CH3(+M)<=>CH4(+M);對(duì)CH4濃度影響最大的2個(gè)反應(yīng)是H+O2<=>O+OH和OH+CH4<=>CH3+H2O。對(duì)LPC機(jī)理作敏感性分析,發(fā)現(xiàn)對(duì)H2O、CO2、O2、CH4濃度具有最大敏感性系數(shù)的前2個(gè)反應(yīng)分別為＃54和＃459(N2*+CH4=>N2+CH3+H)、＃54和＃166(CH2(S)+N2<

4、=>CH2+N2)、＃54和＃70(H+CH3(+M)<=>CH4(+M))、＃54和＃116(OH+CH4<=>CH3+H2O)。所以,有飛秒激光作用時(shí),混合氣體中存在的多種活性組分會(huì)改變控制H2O、CO2等主要組分濃度的反應(yīng)。
　　最后,對(duì)GRI_3.0機(jī)理、激發(fā)態(tài)氧分子機(jī)理、臭氧機(jī)理、激光助燃(LPC)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化,分別得到68步、49步、50步、62步簡(jiǎn)化機(jī)理。與詳細(xì)結(jié)果對(duì)比表明,在整個(gè)當(dāng)量比范圍內(nèi),簡(jiǎn)化機(jī)理在計(jì)算火焰?zhèn)鞑?/p>