基于浓度敏感性分析和遗传算法的甲烷燃烧机理简化与优化

采用良搅拌反应器模型和层流预混火焰模型计算甲烷/空气燃烧过程,通过元素流通法和浓度敏感性分析法,对甲烷燃烧详细化学动力学机理GRIMECH 3.0进行简化。利用遗传算法,以甲烷/空气详细机理获得的组分浓度和一维层流火焰速度为目标,对简化机理进行优化。结果表明,相比于优化之前的简化机理,优化后的简化机理在描述甲烷/空气燃烧反应的组分浓度、层流火焰速度以及反应物和产物的时空分布方面,具有更高的精度。     

基于连通法的甲烷简化机理构筑研究

采用连通法，针对甲烷复杂反应机理，成功地进行了不同水平的机理简化研究。通过建立组分依赖关系的正规化Jacobian矩阵，精确地查明了燃烧组分之间的耦合关系，分别构造出仅包含重要化学路径的两个动力学简化模型，获得的简化机理分别包含227和138个反应，分别涉及39和26种组分。通过对层流预混火焰结构的模拟，所得简化机理和原详细反应动力学机理关于火焰结构的计算吻合很好，计算结果显示，两个简化机理具有较高的模拟精度。     

飞机防火试验中的燃烧反应动力学模型研究

使用反应路径分析法对Jet-A型航空煤油燃烧的气相燃烧机理进行简化。选用POSF-4658机理作为Jet-A燃烧的详细反应机理,该机理包含1607种燃烧组分、6633个基元反应机理。将飞机防火试验条件作为简化过程的初始条件,得到78种组分,196个反应机理的Jet-A燃烧机理。通过对Jet-A的简化反应机理、详细反应机理和JetA实验数据的比较可以发现,简化反应机理可以较准确地反映Jet-A型航空煤油在防火试验条件下的燃烧特性。利用常用的Jet-A型航空煤油简化机理计算的绝热火焰温度、点火延迟时间及层流火焰速度与本文提出的简化的计算值进行比较。结果表明,提出的简化机理在防火试验条件下具有较高的精确度。得到的Jet-A简化反应机理可为飞机防火试验的仿真研究提供燃烧场的化学反应动力学模型。     

输油管道中汽油蒸汽爆炸的规律研究

综合考虑湍流及化学反应动力学机理对燃烧的影响,建立了详细流动耦合简化的详细化学反应机理的湍流燃烧模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程,对二维压力管道中汽油蒸汽爆炸的过程及规律进行了数值模拟,模拟结果与实验数据有较好的吻合性;分析了各种组分的变化过程及对爆炸的控制作用.为汽油蒸汽爆炸特性及规律的进一步研究、工业防...     

应用遗传算法优化氢气/空气燃烧反应系数

研究目的是优化氢气/空气简化反应机理的系数,使得简化机理在一定的误差范围内,能代替详细机理.通过计算氢气/空气详细反应机理得到的组分浓度作为遗传算法的适应度目标,对简化机理进行优化.结果显示,优化后的简化机理不仅在在计算组分浓度,而且在层流预混火焰速度和组分时空分布方面,更加接近详细机理所能达到的计算结果,比优化之前的简化反应机理计算结果更加准确.     

基于化学反应动力学机理的中等尺寸甲烷湍流扩散火焰的数值模拟

通过代码修改,在大涡模拟(LES)中嵌入气相化学反应速率、组分热力学性质和输运特性三大机理文件,严格意义上实现甲烷燃烧的四步简化机理与火灾动力学模拟软件(FDS)的成功对接。燃烧模型采用针对多组分燃料的涡耗散概念(EDC)模型,模拟0.3m直径的甲烷湍流扩散火焰,并分别与基于无限快反应速率的总包单步和两步化学反应预测结果对比。分析预测结果可知:四步机理能够很好的适应FDS框架,其模拟结果具有可靠性,时均温度、速度和主要反应物的预测结果高度一致;机理导入后可以预测CO2、H2O以及中间产物CO和H2的浓度,更合理地描述了火灾中气相产物的产生与输运过程。不同反应机制下主产物CO2和H2O浓度对比结果理想,在高温反应区内存在一定的差异,在高温反应区外呈现出高度的一致性。     

针对C3H8／空气扩散火焰的PCA简化机理构筑

C3H8是液化石油气（LPG）的主要成分,其火焰结构的数值预测对于消防等相关行业具有重要意义。单步或总包反应过于简单,不能描述碳氢燃料的氧化机制,而耦合燃料详细机理的燃烧模拟计算量大,且描述反应的数学系统具有极强的“刚性”,限制了反应机理的实际应用,而去除冗余反应和组分的简化机理具有描述燃烧的全面性优点,且降低了数学系统的“刚性”,因此耦合简化机理的火焰结构数值预测具有优势。本文采用基于矩阵分析的主成分（PCA）分析技术,分析研究了wang等发展的469步C3H8详细反应动力学机理,获得了组分的重要性排序,基于此分别构筑了320步和214步两个简化机理,针对典型扩散火焰的计算,表明建立的两个简化机理具有较高的模拟可靠性,同时也提供了一种框架简化机理的构筑方法。     

基于浓度敏感性分析的甲烷机理简化

随着数值模拟技术的发展，化学反应机理开始应用于燃烧过程的重构和深入分析。详细机理是通过大量的实验研究得到的，其包含了大量的化学反应动力学信息，可以较为完备的描述化学反应过程，但是由于详细机理过于庞大一般不能直接运用到数值模拟中去，很有必要在研究特定问题时对详细机理进行一定的简化。介绍了PCAS机理简化方法，并运用该方法对甲烷燃烧的详细机理进行了简化研究，通过简化得到的101步简化机理与详细机理吻合较好。     

基于重要性分析的甲烷/乙烯混合燃烧框架机理构筑

建立了基于重要性分析的详细化学机理分析平台,利用耦合组分化学存活时间和敏感性系数的重要性参数,确定详细机理中的准稳态组分,通过移除这些组分及其相关反应,得到了计算精度较高的框架机理。针对目前燃烧学界较为关注的混合燃烧问题,以甲烷、乙烯这两种典型低碳碳氢燃料为研究对象,对其详细化学反应机理进行了分析,利用重要性分析法构筑框架机理,并对甲烷/空气和甲烷/乙烯/空气预混火焰进行了数值计算。与详细机理相比,框架机理所涉及的组分数与基元反应数都得到了大幅度的降低,计算时间明显减少,但对火焰温度及反应物、生成物、中间组分浓度的预测与采用详细机理得到的结果吻合良好,证明了重要性分析法的有效性与可靠性。     

餐饮业烟道油垢燃烧特性及动力学模型

利用热重分析仪研究了餐饮业油烟道油垢在不同升温速率下的燃烧特性.所采用的升温速率分别为5℃/min、15℃/min和25℃/min.吹扫气体为干空气,流量为20 mL/min.结果表明,试样从常温至800℃的升温燃烧经历了第1步水分析出、第2～5步燃烧失重过程.采用Doyle和Coats-Redfern方法建立了"4阶段1级反应动力学模型",计算燃烧反应的动力学参数.并用试验热重曲线验证了模型的可靠性.研究表明,油垢燃烧失重的4个主要过程均可用简单反应动力学模型进行简化,反应级数为1;燃烧总趋势是随升温速率提高,活化能增大.     

压缩比和EGR对自由活塞发动机HCCI爆震燃烧的影响

基于AVL FIRE仿真平台建立了液压自由活塞发动机气缸的三维仿真模型,使用大涡模拟（large eddy simulation, LES）耦合甲醇的详细化学反应动力学机理研究了压缩比和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）率对均质压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）爆震燃烧过程的影响。结果表明:甲醇的HCCI燃烧需要一定的进气加热;随着压缩比的提高,最小进气温度逐渐降低,缸内的最高燃烧温度、最大爆发压力和爆震强度均明显增加;在高压缩比工况下引入EGR时可以降低爆震强度,但EGR率较小时效果并不明显,因此需要较大的EGR 率来抑制爆震;最后,对压力振荡曲线的频谱特性进行了分析,发现爆震燃烧时压力振荡的峰值频率位于10～15 kHz区间内。     

露采高边坡模型初始地应力场快速生成方法研究*

为防止露釆高边坡建模中初始地应力场畸变,采用子模型法和等效应力梯度边界面力法,用等效应力梯度边界面力替代简化部分水平构造应力,施加侧边界条件。以黄山石灰石矿山高边坡为工程实例,建立取至负地形的高边坡整体计算模型和简化子模型,计算对比整体大模型与简化子模型初始地应力场模拟结果。结果表明:整体大模型与简化子模型水平方向和竖直方向应力误差较小,证明此数值模型简化法可行;以工程边界作为简化子模型侧边界,节点和单元简化率约52%,可快速模拟初始地应力场,提高计算效率。研究结果为高边坡整体大模型初始地应力快速生成提供新思路。     

A comparative study on the autoxidation of dimethyl ether (DME) comparison with diethyl ether (DEE) and diisopropyl ether (DIPE)

The Japanese government is planning to introduce DME as a substituted energy for oil and LNG. Introduction of DME could contribute greatly to both the prevention of global warming and the formation of resource-recycling societies. In these circumstances, a safety assessment of DME is very important when DME is used on a large scale. There is a possibility that prolonged exposure in air induces autoxidation to produce explosive organic peroxides during transportation and storage of DME. Therefore, the reactivity of DME with oxygen and the mechanism of the autoxidation were investigated. Accelerating Rate Calorimetry (ARC) was used to evaluate the thermal stability of DME and DIPE, a known peroxide producers, under adiabatic and various atmospheric conditions. In ARC studies of DME under oxygen, exothermic decompositions were detected although its self-heating rate was low in comparison with DIPE. Oven storage tests were carried out and iodimetry was used to measure the concentration of peroxides produced from DME in comparison with DIPE and DEE. However, no products could be found for DME either by GC/MS or by iodimetry, while some evidence of autoxidation of both DEE and DIPE were obtained from these experiments.     

传热子模型对火灾网络模型的求解精度与速度的影响研究

分析半无限大物体的传热过程,提出线性化的传热计算方法并编制了计算子程序,将子程序嵌入传热子模型为有限厚墙体的《高层建筑火灾烟流运动特性预测软件》,利用实例分析比较了两种传热计算方法对火灾网络模型求解精度和求解速度的影响。计算结果表明对3个节点的简单建筑,半无限大传热子模型与有限厚模型的室温计算最大偏差不超过5%,而计算机耗时约减少了1/3。该研究的结论对《高层建筑火灾烟流运动特性预测软件》的进一步完善和成熟及其市场化具有重要的推动作用。     

基于环空带压临界值确定高温高压气井临界产量

高温高压气井环空带压现象日益严重,环空带压过大可能破坏井筒的完整性,基于能量守恒定律和井筒径向传热机理,建立了井筒多环空温度场计算模型;综合考虑环空温度效应和体积效应,建立了环空带压控制方程,以某高温高压气井为例,开展了基于环空带压临界值确定高温高压气井临界产量的具体分析。研究结果表明:环空温度随产量和生产时间的增大先增加后逐渐稳定,相比生产时间,产量对环空温度的影响更加明显;环空带压越大,井下管柱安全系数越小,综合对比API RP 90标准和环空带压安全评价2种方法的结果,确定了各环空最大允许带压值,结合环空带压与产量的关系可得到高温高压气井的临界产量。研究结果对合理制定高温高压气井的生产制度具有理论指导意义。     

爆炸冲击波及高温耦合引起瓦斯二次爆炸特性研究

在煤矿安全事故中,破坏程度最严重的事故之一就是瓦斯爆炸,而瓦斯爆炸冲击波及火焰锋面可能会二次点爆其他位置积聚瓦斯,加速火焰锋面及冲击波传播,并能产生更高的超压,造成更大的人员伤亡及财产损失。借助详细反应机理GRI Mech 3.0,基于开源化学动力学软件Cantera,研究冲击波强度、瓦斯体积分数和冲击波及高温耦合条件下对瓦斯爆炸特性的影响。结果显示,冲击波诱导瓦斯爆炸中,点火延迟时间随着瓦斯体积分数的增大而出现增大现象,随冲击波强度的增大而降低;同时分析了二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮致害物质的浓度随瓦斯体积分数、冲击波强度和冲击波及高温耦合条件下的变化情况。     

绝热加速量热仪在化工生产热危险性评价中的应用

本文介绍了一种新型热危险性分析仪器--绝热加速量热仪的设计原理和内部结构,运行模式以及所能获得的温度、压力和最大温升速率时间等数据类型.并通过阐述其在化学动力学研究、自加速分解温度的计算、化学工艺安全性分析和化学工艺过程开发以及热爆炸事故原因调查等方面的应用,指出了绝热加速量热仪在化工生产危险评价方面的特点和优势.