甲烷-空气贫燃料预混燃烧的数值模拟
预混燃烧的燃烧模型
预混燃烧的燃烧模型摘要为了达到抑制污染物排放，实现燃料的清洁燃烧的目的，人们采取了很多办法。
“节能减排”促使燃烧系统采用贫燃燃烧技术，它具有降低NOx、CO等污染物，提高燃烧效率的作用。
但这种燃烧方式的燃烧极限范围很窄，而且火焰稳定性差，容易诱发燃烧系统的不稳定性，如火焰的热声耦合振荡，这种不稳定性会造成更大的污染和浪费。
新型燃烧器的设计必须克服这些缺点，以达到“节能减排”的目的。
首先本文以FLUENT软件为平台，构建了合理的数学物理模型，对甲烷-空气预混燃烧过程进行了数值模拟，实验证明，贫燃料燃烧及贫氧燃烧都可以起到降低污染物排放的目的。
并利用数值模拟的方法针对不同燃烧模型的情况下甲烷的预混燃烧的特性进行分析，观察其NO）的分布情况，发现预混燃烧的相关规律，寻求燃烧速度场、温度场、以及污染物（X的最佳工况。
其次本文了解不同燃烧模型对流场结构、燃烧结构的影响，与实验结果比较，探讨如何改进数值模拟，提高设计精度，同时找出预混火焰稳定性规律，探讨抑制燃烧不稳定性的策略。
本文通过数值计算，得到了在不同燃烧模型下柱状燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟结果，分析发现，燃烧模型的不同对甲烷燃烧特性的影响也不同。
通过对燃烧速度分布图，火焰温度分布云图，燃烧的污染物NO的云图进行分析研究，得出结论。
关键词预混燃烧数值模拟FLUENT 部分预混燃烧Title Pre-mixing combustion combustion modelAbstractIn order to achieve inhibit pollutants, realize fuel clean burning purpose, people taken a lot of measures. "Energy conservation and emission reduction" prompted combustion system using poor fuel combustion technology, it has to reduce pollutants such as NOx, CO, increase the combustion efficiency role. But this kind of combustion way combustion limit range is very narrow, and flame stability is poor, and likely to cause combustion system instability, such as flame of thermoacoustic oscillation, the coupling instability will cause more pollution and waste. New burner's design must overcome these shortcomings, to achieve "the purpose of energy saving and emission reduction".Firstly this paper with FLUENT software for the platform, and constructs the reasonable mathematical physics model of methane - air pre-mixing combustion process was simulated, the experiment proof, the poor fuel combustion and poor oxygen burning can reducing pollutant purpose. And using the method of numerical simulation of combustion model for different under the condition of pre-mixing combustion characteristics of methane areanalyzed, observe its velocity field and temperature field, and the distribution of pollutants (), found the relevant law pre-mixing combustion, seeking the best condition burning. Then this paper to understand different combustion model convection field structure, the influence of combustion structure, compared with the experimental results, this paper discusses how to improve the design accuracy numerical simulation, and at the same time, improve the stability pre-mixed flame out rules and explore the inhibiting combustion instability strategy.This article through numerical calculation, obtained in different combustion model columnar combustion chamber under the numerical simulation results of methane combustion, analysis, we found that the different combustion model for the influence of methane combustion characteristic of different also. Through the burning rate distribution, the flame temperature distribution of convective, the combustion pollutants analysis of NO cloud, draws the conclusion.Keywords：Pre-mixing combustion Numerical simulation FLUENT Part pre-mixing combustion绪论课题的研究背景及意义燃烧室作为燃气轮机中最重要的部件，是利用燃料的燃烧，提高进入涡轮的气流温度的装置。
微燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟
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１１ 燃 烧器 结构 ．
微燃烧器采用的燃烧 室长为 １ １ｍ，宽为 ６ ０Ｔ ｉ ｍｍ，高 为 ０ ．ｍｍ，计算 中采用均匀网格，如 图 １ ８ 所示 。
和二氧化碳的质量百分 比浓度分布 ，图 ３给 出了不同流
量下微燃烧 室内的温度分布 。对应不 同的流量 ，初始 条 件相 同的 甲烷和 氧气的混合气在 微燃烧室 内的燃烧情 况
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｍ ｉｒ ｃ ｃ ｏ ｏｍ ｂ ｔ ｒ ｃ ｍ ｂｕ ｔｏ ｕｓｏ ； ｏ ｓｉ ｎ； ＦＬＵ ＥＮ Ｔ ｏｆｗ ａｅ；ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｓ ｔ ｒ ｍ ｒｃ ｌｓｍ ｔ ｔｏ
自２ ０世纪 ８ ０年代以来， 微机 电系统 （ ＭＳ ｍｉ ｏ ＭＥ ： ｃ — ｒ ｅ ｃ ｏｍｅｈｎｃｌｙｔ ）迅速发展，在航 空、航天 、汽 ｌ ｔ — ｃａ ｉ ｓ ｍｓ ｅｒ ａｓ ｅ
＿ ） ＋） ｝Ｅ 丧［ Ｅｐ＝ （＋ （ 】 ｐ ｐ
ａｆ ａ Ｔ ，
一
ｌ （ ３ ）
＋Ｒ ｉ
组分守恒方程 ：
（１ ＝ 一 ｐ， ）
气体状 态方程 ：
＝ ｐ （） ５
式 中：Ｐ 为密度；ｆ 为时间；Ｕ 方 向的速度；Ｘ 方 向坐 ｉ 为ｉ ｉ 为ｉ
基于fluent的甲烷燃烧二维模拟分析
基于fluent的甲烷燃烧二维模拟分析陈飞 1434422(同济大学汽车学院，上海)摘要: 目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。
甲烷属于可再生气体燃料，可以实现与空气的良好预混，利用fluent进行甲烷燃烧的数值模拟进行仿真分析。
Fluent提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。
根据模拟结果分析甲烷作为车用替代燃料的可行性。
关键词: 替代燃料；燃烧的数值模拟；甲烷燃烧；fluent仿真1. 引言燃烧是燃料与氧化剂之间的发光发热的化学反应，根据反应前各组分的分布，可以分为预混燃烧，扩散燃烧和部分预混燃烧。
其中预混燃烧较多的应用于汽车工业的车用汽油发动机。
目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。
1.1. 燃烧的数值模拟燃烧的数值模拟是通过CFD软件实现对实际燃烧过程的仿真模拟，求解流畅流动特性及其混合特性，温度场、组分浓度场以及颗粒和污染物排放等，从而提供实际燃烧过程的参考，对于产品研发，科学研究都有很大的意义。
燃烧的数值模型主要运用模拟软件根据燃烧模型进行仿真，目前可用于燃烧数值模拟的软件有FLUENT,STAR-CD,CHEMKIN,KIVA等。
燃烧模型主要根据不同燃烧的特点设置求解参数，包括如下内容：稀疏相模型、输运控制方程、燃烧模型、辐射换热模型、污染物模型。
Fluent提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。
其中对于反应r中的物质i的产生速率由下面两个式子给出：（1.1）（1.2）式中，——任何一种产物的质量组分；——某种产物的质量组分；——经验常数4.0；——经验常数0.5。
1.2. 甲烷性质介绍甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯。
甲烷-空气湍流预混V形火焰特性的数值模拟
甲烷-空气湍流预混V形火焰特性的数值模拟
王宝瑞;雷宇;张孝谦
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2004(0)S1
【摘要】应用RNG K-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧速率模型,模拟了湍流预混V形火焰的起燃过程。
数值模拟首先得出了圆柱形稳定杆后的卡门涡街,并进一步给出了火焰锋面在传播中的特征。
在火焰点燃的初期,火焰的形状受到稳定杆尾流的卡门涡街的很大影响。
随着火焰向前传播,涡街渐渐消失。
火焰锋面的传播过程与差分干涉方法得到的实验测量值吻合较好。
【总页数】4页(P229-232)
【关键词】预混燃烧;数值模拟;V形火焰
【作者】王宝瑞;雷宇;张孝谦
【作者单位】中国科学院工程热物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TK16
【相关文献】
1.甲烷-空气预混燃烧时火焰传播中障碍物影响的数值模拟研究 [J], 丁海波
2.甲烷/空气预混火焰淬熄的数值模拟 [J], 许军
3.CH4/空气和C3H8/空气预混湍流火焰结构及湍流火焰速度测量 [J], 俞森彬;王金华;聂要辉;张猛;金武;黄佐华
4.管道内甲烷-空气预混火焰传播特性的实验与数值模拟研究 [J], 何学超;孙金华;陈先锋;袁国杰
5.基于二阶矩封闭湍流模型的非预混湍流火焰的数值模拟 [J], 李国岫
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甲烷空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟
第11卷第1期2005年2月燃 烧 科 学 与 技 术Journa l of Co m busti on Sc i ence and Technology Vol .11No .1Feb .2005甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟3钟北京,伍 亨(清华大学航天航空学院,北京100084)摘 要:用详细化学反应机理研究了微型直通道中甲烷/空气预混气体在镀Pt 热壁上的催化燃烧问题.联合使用计算流体力学软件F LUE NT 和可以计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHE M ,对微型直通道中当量比在0.01～10.0范围之间的甲烷/空气预混气体的催化燃烧进行了数值模拟.计算结果表明,在微尺度催化燃烧中当量比和温度对甲烷催化转化率、转化速度有重要的影响.关键词:微尺度;催化燃烧;数值模拟中图分类号:O643.3 文献标志码:A 文章编号:100628740(2005)0120001205Num er i ca l S i m ul a ti on on Ca t a lyti c Com busti on of CH 4/A i r i n M i crochannelZ HONG Bei 2jing,WU Heng(School of Aer os pace,Tsinghua University,Beijing 100084,China )Abstract:Catalytic combusti on of CH 4/air m ixture in hot m icr o 2channel p lating Pt (as catalyst )was nu merically investi 2gated by using the commercial fluid dynam ics code F LUE NT coup led t o external subr outine DET CHE M that modeled the surface che m istry in the channel .The homogeneous reacti ons were neglected in calculati ons .Equivalence rati o of CH 4/air m ixture is in the range of 0.01～10.0,and constant wall te mperature was adop ted as a boundary conditi on .The results in 2dicated that equivalence rati o and te mperature have i m portant influence on catalytic combusti on of CH 4.Keywords:m icr o 2scale;catalytic combusti on;nu merical si m ulati on 基于燃烧的微动力机电系统(PowerME MS )、微推进系统和微型发电系统等的发展使人们开始关注对微尺度燃烧的研究.在微尺度燃烧中,由于尺寸的缩小,常规燃烧很难正常进行.Choi 等人[1]经过实验得出化学当量比下甲烷/空气混合物在管型通道内常规燃烧时的灭火直径为3～4mm.突破这个可燃极限的方法之一是采用表面催化燃烧.同时,由于微尺度催化燃烧的反应机理、燃烧条件等与常规燃烧有很大的差异,其燃烧过程会呈现不同的特征,研究各种因素对催化燃烧的影响对于实现微尺度条件下燃料的稳定性具有很重要的实际意义.Kaoru 等人曾对当量比为0.4的甲烷/空气混合物在直径为1mm 的微型直通道中的表面催化燃烧情况进行过初步研究,得出催化壁面温度在1000K 以上时贫燃混合物能够发生剧烈反应的结论[2].前期研究结果表明,当量比为0.4的甲烷2空气混合物在有催化表面的横截面为1mm ×1mm 有逆流换热的微通道燃烧器内,可以实现持续、稳定的燃烧[3]. 本文将在前期研究的基础上通过数值模拟,进一步研究管径为1mm 的微型直通道中甲烷/空气混合物在热壁催化表面上的燃烧情况,探讨当量比与温度的变化对甲烷/空气混合物在微尺度通道内催化燃烧的影响.3收稿日期:2004205213. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50376027);教育部博士点基金资助项目(20010003067). 作者简介:钟北京(1963— ),男,博士,副教授,zhongbj@tsinghua .edu .cn .1 物理模型和数学模型 计算中采用的物理模型是一个直径为1mm 、长度为10mm 的圆柱型管道燃烧器(见图1).为了避免入口边界条件与有催化的边界条件重合以后造成数值计算上的麻烦[2],假定管道入口处的1mm 不发生表面催化反应,前0.5mm 的壁面温度保持在300K,后0.5mm 的壁温则线性上升到特定的催化表面温度(T w );管道内余下的9mm 为镀有Pt 的催化表面.图1 模拟计算采用的物理模型 由于燃烧器的空间尺度较小,可燃混合物的流动速度很低,且甲烷的反应温度相对较低,在这种条件下基本不发生空间反应[2],因而只考虑催化表面上的反应.此外,在计算中,本文还忽略了体积力、流动中的耗散作用和气体辐射.因此,描述上述物理模型的数学模型包括下面5个控制方程. 1)连续方程 5ρ5t +55x j(ρu j )=0(1) 2)组分方程 ρ5Y s 5t +ρu j 5Y s 5x j =55x j (D ρ5Y s 5x j)+R s (2) 3)动量方程 55t (ρu i )+55x j (ρu j u i )=-5p 5x i +55x j μ5u i 5x j +5u j5x j(3) 4)能量方程 ρD h D t -5p 5t =55x j (λ5T 5x j )+55x j(6sDρ5Y s5x j h s)+q (4) 5)理想气体状态方程 p =ρR T6Y sM s(5) 上述各式中,Y s 、M s 和R s 分别为组分的质量分数、摩尔质量及生成或消耗速率;h 为混合物焓;q 为反应热效应.2 反应机理 模拟中,采用Deutschmann 等人[4]提出的甲烷在Pt 表面上的催化反应机理,包括7个吸附基元反应、11个表面化学基元反应和5个解附基元反应.其中涉及11种表面相组分:Pt (s )、CH 3(s )、CH 2(s )、CH (s )、C (s )、CO (s )、CO 2(s )、H 2O (s )、OH (s )、H (s )及O (s )和7种气相组分:CH 4、O 2、N 2、H 2O 、CO 2、CO 和H 2.所有基元反应参考文献[5].3 计算结果与讨论 本文的流体力学计算使用F LUE NT [6],化学反应的计算使用DETCHE M [7],通过两者的耦合,完整地模拟了当量比在0.01～10.0范围内的甲烷/空气混合物在不同催化表面温度下微型直通道内的燃烧过程.混合物的初始温度为300K,入口流速为0.16m /s,管径为1mm (远远小于常规火焰灭火直径[1]),对应的雷诺数R e =10,催化壁面采用恒温边界条件,混合物各种物性参数均取自DETCHE M 的数据库.通过改变混合物的当量比与催化壁面的温度,研究它们对甲烷在微通道内燃烧的影响. 为了便于研究,把通道出口横截面上甲烷的平均质量分数与入口甲烷质量分数的比值定义为甲烷转化率,以此来观察经过整个微通道燃烧器以后有多少甲烷参加了反应;同时,为了表征甲烷在微通道轴向各点反应的快慢,将沿管道轴向单位长度内甲烷质量分数的减小定义为甲烷转化速度,单位是m -1.3.1 温度对甲烷催化转化的影响 图2～图4分别表示不同当量比(<=0.1,1.0,10.0)时甲烷质量分数、转化速度沿管道的分布情况(图中(a )为甲烷在燃气混合物中的含量沿管道轴向的分布情况;图中(b )为甲烷转化速度沿管道轴向的分布情况),图5给出了这三种情况下甲烷转化率的变化.可以看到,在贫燃、<=1.0、富燃的情况下,当温度从700K 升高到1200K 时,甲烷转化率的增加情况分别为0.240 0到99.9960 0、0.210 0到1000 0、4.7100到31.900;甲烷的转化速度也随温度的升高而加快.同时,在甲烷质量分数分布图中发现,当温度较高时,在<=1.0情况下,甲烷含量在很短的距离内便达到最低值,而贫燃和富燃情况则需要更长的距离,这显然是由甲烷转化速度的快慢造成的.对比右边的甲烷转化速度分布图,在<=1.0时,甲烷转化速度的峰值比贫燃和·2·燃 烧 科 学 与 技 术 第11卷第1期富燃时的大.可见,温度的升高极大的提高了甲烷的转化率,并且在当量比为<=1.0时,这种影响最大;甲烷转化速度的峰值也随温度的升高而增大.(a )甲烷的质量分数(b )甲烷的转化速度图2 <=0.1时,温度对甲烷转化率和转化速度的影响(a )甲烷的质量分数(b )甲烷的转化速度图3 <=1.0时,温度对甲烷转化率和转化速度的影响(a )甲烷的质量分数(b )甲烷转化速度图4 <=10.0时,温度对甲烷转化率和转化速度的影响图5 甲烷转化率随温度的变化3.2 当量比<对甲烷催化转化率的影响 图6给出了催化壁面温度为700K 和1000K 时,甲烷通过整个微通道后的转化率随当量比的变化.相应的在不同当量比下甲烷质量分数、转化速度沿管道的变化如图7和图8所示.由图可以看到,随着当量比图6 甲烷转化率随当量比的变化·3·2005年2月 钟北京等:甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟(a )甲烷的质量分数(b )甲烷的转化速度图7 T =700K,当量比对甲烷转化率和转化速度的影响(a )甲烷的质量分数(b )甲烷的转化速度图8 T =1000K,当量比对甲烷转化率和转化速度的影响的增加,甲烷的转化率和转化速度均是先增大后减小.当催化壁温为700K 时,甲烷转化率在<=2.4时达到最大值39.5300,同时转化速度达到最大值;当催化壁温为1000K 时,甲烷转化率在<=1.0和<=1.2时达到10000,转化速度峰值的最大点则出现在<=1.6处,这主要是因为在<=1.0和<=1.2时,虽然甲烷转化速度峰值较小,但从图中可以看出,整个管道中转化速度都比较大,导致最终甲烷转化率很大,但在<=1.6处,虽然转化速度峰值大,但管道其他部分转化速度却非常小,整体看来,导致甲烷转化率反而低于<=1.0和<=1.2时的情况. 在甲烷转化速度分布情况中可以看到,催化壁面温度在较低的700K 时,管道内甲烷转化速度峰值点并不出现在管道入口附近,而是往后移动到管道的中后部分,并且其位置会随着当量比的变化而变化,而在壁面温度较高的1000K 时,并不存在这种现象.这是因为采取了恒温边界条件,整个催化管道壁面上均能有表面催化反应发生,当壁温较低时,有一些表面基元反应进行得快,有些进行得慢,导致反应沿着管道发生一段距离以后,混合物成分随着反应的进行发生变化,朝着增加甲烷转化速度的方向转化,最终在某个位置达到最高点.3.3 有关甲烷转化率的讨论 图9给出了当量比在0.01～10.0之间、壁面温度在600～1100K 范围内甲烷/空气混合物在微通道内进行表面催化燃烧后甲烷转化率的变化情况.可以看出,温度对甲烷的转化率具有决定性的影响,当温度升高时,所有当量比下的甲烷转化率均有不同程度的提高,当温度在1100K 时,当量比在0.01～2.0的范围内甲烷的转化率能达到9000以上,温度在1000K 时,这个范围也能达到0.01～1.8,而当温度低于900K时,整个范围内甲烷转化率最高只能达到88.880.图9 甲烷转化率分布·4·燃 烧 科 学 与 技 术 第11卷第1期 从图9中发现,当温度低于1000K时,甲烷转化率最大的情况并不出现在<=1.0附近,而是往富燃区偏移,温度越低,偏移程度越大,当壁面温度为600 K时,甲烷转化率最大点已经偏移到了<=7.0附近.这主要是因为高温和低温状态下制约整个反应速度的反应不同造成的,在高温条件下对反应速度有决定性作用的基元反应CH4+O(s)+Pt(s)]CH3(s)+OH (s)+Pt在低温时已经很难发生,而反应活化能比较低的基元反应CH4+2Pt(s)]CH3(s)+H(s)+2Pt此时起主导作用,导致整个反应对O2需求量减小,而对甲烷的需求量增加,所以甲烷含量的增加必然加快反应的速度,当甲烷含量增加的速度比反应速度增加的速度慢时,甲烷的转化速度增加,当甲烷含量继续增加,其速度已经大于反应速度的增加时,就导致甲烷转化率的减少,所以,低温时甲烷转换率的峰值会出现在富燃区. 同时,在低温时,当量比降低到0.1以下,甲烷转化率反而有所增大,这是因为采取了恒温边界条件,在低温、低当量比的情况下,反应速度虽然较慢,但在整个催化壁面上都在进行,所以,在当量比极低的情况下,当量比降低的速度比反应速度降低的速度要快得多,从而导致甲烷转化率反而升高.4 结 语 对各种边界温度条件和当量比下甲烷/空气混合物在微通道内催化燃烧的数值计算表明,温度是影响微通道催化燃烧中甲烷转化率和转化速度的主要因素.当温度升高时,甲烷转化率和转化速度均会不同程度地增加.当量比也是影响甲烷转化率和转化速度的重要因素,随着当量比的增加,转化率和转化速度出现先增加后降低的趋势. 此外,计算结果还表明,表面催化反应可以使甲烷在直径为1mm、远远小于管道型燃烧的灭火直径的通道内维持燃烧;当催化壁面的温度为1000K时,甲烷可以在当量比范围为0.01～1.6时实现900 0以上的转换率,温度升高可以继续拓展这个范围.参考文献:[1] Choi C W,Ju Y.Observati on of fla me dynam ics in mes o2scale channel[A].I n:P roceedings of the Third Joint M eet2ing of the U.S.Sections of The Co m bustion Institute[C].US A,Chicago,2003.[2] Kaoru M,Koichi T,Sitzki L,et al.Catalytic combusti on inm icr ochannel f orME MS power generati on[A].I n:The ThirdA sia2Pacific Conference on Co m bustion[C].Seoul,Korea,2001.[3] 钟北京,洪泽恺.甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟[J].工程热物理学报,2003,24(1):173—176.Zhong Beijing,Hong Zekai.Nu merical si m ulali on of catalyticcombusti on of CH4in m icr o2scale[J].Journal of EngineeringTher m ophysics,2003,24(1):173—176(in Chinese).[4] Deutsch mann O,Sch m idt R,Behrendt F,et al.Nu mericalmodeling of catalytic igniti on[A].I n:Proceedings of theCo m bustion Institute[C].1996,26:1747—1754.[5] 钟北京,洪泽凯.微燃烧器内甲烷催化燃烧的数值模拟[J].热能动力工程,2003,18(3):584—588.Zhong Beijing,Hong Zekai.Nu merical si m ulati on of catalyticcombusti on of HC4in a m icr o2burner[J].Journal of Engi2neering for Ther m al Energy and Po w er,2003,18(3):584—588(in Chinese).[6] F LUE NT4.5.6U ser’s Guide[Z].Fluent I nc Lebanon,NH1998.[7] Deutsch mann O.DET CHE M1.4U ser Manual[Z].Stein2beis Transferzentru m Si m ulati on Reaktiver Str omungen,Hei2delberg Ger many,1998.·5·2005年2月 钟北京等:甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟。
甲烷燃烧的数值模拟
甲烷燃烧的数值模拟及分析主要分为三个部分，第一部分讲解甲烷在炉膛内燃烧的模型建立的方法；第二部分对甲烷燃烧模型的数值模拟结果进行分析和比较；第三部分为结论。
一、模型建立1、在Gambit中建立计算区域在本例中建立圆柱形炉膛，并研究甲烷和空气在炉膛内的燃烧反应。
物理模型如下：甲烷入口直径为10mm；空气入口直径为50mm；炉膛为直径为500mm；长度为1200mm的圆柱形。
如图1。
图1圆柱形炉膛模型图2、绘制网格图2进口网格分布甲烷和空气进口的网格元素选择四边形网格，如图2。
炉膛表面的网格也是四边形网格，如图3。
图3炉膛表面网格分布图4炉膛表面网格分布图5炉膛出口网格分布图6炉膛内部网格分布3、指定边界条件图7炉膛边界条件Inlet1为甲烷入口，边界条件为速度入口；Inlet2为空去入口，边界条件为速度入口；Outlet为炉膛出口，边界条件为自由流；其他炉膛壁面为墙体，边界条件为墙体。
4、导入fluent具体信息如下：54440mixed cells,zone2,binary.326quadrilateral wall faces,zone3,binary.1900quadrilateral wall faces,zone4,binary.350quadrilateral wall faces,zone5,binary.218quadrilateral outflow faces,zone6,binary.204quadrilateral velocity-inlet faces,zone7,binary.18quadrilateral velocity-inlet faces,zone8,binary. 108880triangular interior faces,zone10,binary.11144nodes,binary.11144node flags,binary.缩放信息如下图：图8缩放信息图5、选择计算模型图9定义求解器图10考虑能量方程图11考虑粘性模型图12考虑辐射模型图12考虑燃料模型图13燃烧物质和炉膛材料6、操作环境的设置图14操作环境（压力场和重力场）7、设置边界条件图15空气入口边界条件空气入口的速度为8m/s，温度为300K，入口空气中氧气的含量为21%。
贫油预混燃烧室燃烧稳定性的数值研究
Ｎｍｎ ｒｅ ｌ ｔｄ ｎ Ｃ ｍｂ ｓｉｎ Ｉ ｓａ ｉ ｔ ｅ ｉａ ｕ ｙｏ ｏ ｕ ｔ ｎ ｔｂｌ ｙ Ｓ ｏ ｉ
Ｌ ａ ｇ ｈ ｎ ｉ Ｘｉｎ ｓ ｅ ｇ， Ｆ ｎ ｈ ｎ ｉｇ ｅ ｇＺ ｅ ｐｎ
ｗｉ ｅｂ ｎ ｆ ｉｌ ｏｆ ｒｈ ｒｒ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｆｃ ｍｂ ｓｉｎ ｉ ｓａ ｉｔｅ ． ｌ ｂ ｅ ｅｉ ａ ｕ ｔ ｅ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｎ ｌｓｓａ ｄ ｓ ｐ ｒ ｓ ｉｎ ｏ ｏ ｕ ｔ ｎ ｔｂ ｌ ｉｓ ｌ ｃ ｔ ｏ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｌａ ｒｍｉ ｅ ｏ ｕ ｔ ｒ ｏ ｕ ｔｏ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ；ｔ ｅ ｍｏ ｃ ｕ ｔｃ ｙ ｒ ｓ ｅ ｎ ｐ ｅ ｘ ｄ ｃ ｍｂ ｓｏ ；ｃ ｍｂ ｓｉｎ ｉ ｓａ ｉ ｔ ｉ ｈ ｒ ａ ｏ ｓｉｓ
李 祥晟 ，丰镇平
（ 西安交通 大学 能源与动力工程学院 ，７０ ４ ， １０ ９ 西安 ）
摘 要 ：对 工业 燃 气轮 机 所使 用 的典型 贫 油预 混燃烧 室 内的 不稳 定 燃 烧特 性 进 行 了数值 研 究． 用 应
非定常 Ｎ Ｓ方程 ， — 基于重整化群的 Ｒ Ｇ ｋｅ Ｎ － 紊流模型及 甲烷 与空气的单步反应模型， 数值模拟 了
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｃｏ ｕ ｔ ｎ ｉｓａ ｉ ｔ ｎ ａ ｌａ ｒｍｉｅ ｏ ｕ ｔ ｒ ｔ ｐ ｃ ｌ ｓ ｄ ｉ ｎ ｕ ｔｉｌｇ ｓ ｍｂ ｓ ｉ ｎ ｔｂ ｌ ｙ ｉ ｅ ｎ ｐ ｅ ｘ ｄ ｃ ｍｂ ｓｏ ｙ ｉａｌ ｕ ｅ ｎ ｉｄ ｓｒａ ａ ｏ ｉ ｙ
微尺度条件下CH4_DME掺混燃料燃烧过程反应机理简化及数值模拟研究
大学硕士学位论文摘要近年来，碳氢燃料凭借高能量密度、质量轻、供电时间长等优点迅速吸引了国内外学者们的关注，基于碳氢燃料的微型动力系统获得了广泛研究。
微型燃烧器作为微型动力系统的核心部件，其工作性能与系统能量输出紧密相关。
但不同于常规尺度，微尺度燃烧面临着火焰淬熄和不稳定等挑战。
面对这些挑战，许多强化燃烧、稳定火焰的措施被研究者们提出。
我们课题组提出新的掺混方式，即甲烷/二甲醚/空气预混燃烧。
在前期实验工作中已经发现二甲醚的添加能大幅度拓宽可燃极限，有效促进甲烷的燃烧。
但实验平台测试技术有限，对甲烷掺混二甲醚燃烧的火焰动力学认识还不够充分。
数值模拟相较于实验方法能更便捷的获得燃烧过程的详细信息。
但当下适用于微尺度领域的甲烷/二甲醚混合机理尚未被开发出来。
因此，本文的工作之一是开发出适用于微尺度燃烧的甲烷/二甲醚混合燃料机理。
随后，运用该机理对甲烷/二甲醚/空气预混燃烧火焰动力学展开数值模拟研究，讨论二甲醚增强甲烷/空气燃烧稳定性的作用机制，并计算微燃烧器内的熵产率分析系统的㶲效率。
论文的主要研究工作和创新点如下：（1）采用DRGEPSA软件对甲烷/二甲醚详细化学反应机理进行骨架机理简化。
结合层流火焰速度敏感性分析，开发出适用于微燃烧领域的甲烷/二甲醚混合燃料机理（含有25个组分，96步基元反应）。
该机理能准确预测一个大气压下，当量比0.7至1.5，不同二甲醚掺混比的点火延迟时间、层流火焰速度。
利用所开发的机理，构建甲烷/二甲醚/空气在平板式微型燃烧器内的预混燃烧过程的三维数值模型进行模拟计算。
结果表明，该模型不论是火焰形态，还是吹熄极限，均与实验结果达到良好吻合。
（2）在不锈钢材质的平板式微燃烧器内，通过改变掺混比和当量比，完成了甲烷有无掺混二甲醚的火焰形态和吹熄极限基本对比。
发现掺混二甲醚后新增U型火焰和双峰U型火焰，并且当量比为0.9时倾斜火焰不存在。
讨论了贫燃和富燃条件对甲烷掺混二甲醚的作用原理，解释了添加二甲醚促进甲烷燃烧的主要原因。
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甲烷-空气贫燃料预混燃烧的数值模拟
作者：吴振宇， 王成军， 王朝晖， 王丹丹， WU Zhen-yu， WANG Cheng-jun， WANG Zhao-hui ， WANG Dan-dan
作者单位：吴振宇,王成军,王丹丹,WU Zhen-yu,WANG Cheng-jun,WANG Dan-dan(沈阳航空航天大学,辽宁,沈阳,110136)， 王朝晖,WANG Zhao-hui(中国航空动力机械研究所,湖南,株洲,412002)刊名：
沈阳航空航天大学学报
英文刊名：JOURNAL OF SHENYANG INSTITUTE OF AERONAUTICAL ENGINEERING
年，卷(期)：2011,28(2)
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