激光激活氣體分子助燃CH4-O2-N2燃燒的機理簡化研究.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預混氣體CH4/O2/N2作用,產(chǎn)生大量的激發(fā)態(tài)組分和活性粒子,加快鏈式反應的速率,從而有效地提高了燃燒速度和燃料的利用率。另一方面,為了實現(xiàn)反應和流動的耦合計算,解決數(shù)值模擬計算時間與求解精度的矛盾,本文基于敏感性分析的方法對飛秒激光激活氣體分子助燃CH4/O2/N2燃燒的機理進行簡化。
　　本文首先完善了激光激活氣體分子的助燃模型。當預混氣體中氧原子的摩爾濃度

2、超過0.0084時,火焰的增強效果開始下降。通過分析激發(fā)態(tài)氮分子存在時層流預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對貧燃和富燃火焰影響較大;N2(A3Σu+)與O2、CH4作用時,提高了F=0.9-1.3范圍內的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。基于激光助?LPC)機理分析發(fā)現(xiàn),1％、2%N2被激發(fā)為N2(A3Σu+)時,在整個當量比范圍內,火焰?zhèn)鞑ニ俣染刑岣摺?br>　　其次,對GRI_3.0機理、激發(fā)態(tài)氧分子

3、機理、臭氧機理作敏感性分析。在F=1.0時,對H2O、CO2、O2濃度影響最大的2個反應均是H+O2<=>O+OH和H+CH3(+M)<=>CH4(+M);對CH4濃度影響最大的2個反應是H+O2<=>O+OH和OH+CH4<=>CH3+H2O。對LPC機理作敏感性分析,發(fā)現(xiàn)對H2O、CO2、O2、CH4濃度具有最大敏感性系數(shù)的前2個反應分別為＃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,混合氣體中存在的多種活性組分會改變控制H2O、CO2等主要組分濃度的反應。
　　最后,對GRI_3.0機理、激發(fā)態(tài)氧分子機理、臭氧機理、激光助燃(LPC)機理進行簡化,分別得到68步、49步、50步、62步簡化機理。與詳細結果對比表明,在整個當量比范圍內,簡化機理在計算火焰?zhèn)鞑?/p>