用于燃燒模擬的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)機(jī)理方法及其應(yīng)用.pdf

1、為了掌握燃燒過(guò)程的精細(xì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及污染物的排放特性，實(shí)現(xiàn)一次能源的高效清潔利用，需要對(duì)碳?xì)淙剂先紵磻?yīng)流進(jìn)行詳細(xì)的分析。其中將基元燃燒模型與計(jì)算流體力學(xué)模型相耦合的方法被證明是對(duì)反應(yīng)流進(jìn)行精確數(shù)值模擬的一種有效途徑。然而碳?xì)淙剂系脑敿?xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理常常包含數(shù)目龐大的基元反應(yīng)與組分，在每個(gè)計(jì)算網(wǎng)格中求解構(gòu)建化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的具有強(qiáng)剛性的非線性常微分方程組將耗費(fèi)大量的CPU時(shí)間，為數(shù)值模擬帶來(lái)巨大障礙。為此，對(duì)詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化處理已成為保

2、證機(jī)理可用性的關(guān)鍵。針對(duì)目前全局機(jī)理簡(jiǎn)化方法難以兼顧簡(jiǎn)化程度與計(jì)算精度的矛盾與基于多工況的離線最優(yōu)機(jī)理簡(jiǎn)化方法搜尋過(guò)程中花費(fèi)時(shí)間巨大的問(wèn)題，本文對(duì)傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)化學(xué)機(jī)理方法(dynamic adaptive chemistry，DAC)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種新的變步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)化學(xué)機(jī)理方法(variable step dynamic adaptive chemistry，VSDAC)。本文的主要工作包括：
　　1）分析了機(jī)理簡(jiǎn)化閾

3、值與初始搜索組分集合的選取對(duì)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)化學(xué)機(jī)理方法性能的影響，初始搜索組分集合選為燃料+CO+HO2時(shí)，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)機(jī)理方法具有較好的性能，同時(shí)閾值存在一個(gè)最佳值。
　　2）在充分比較常見(jiàn)機(jī)理簡(jiǎn)化方法的基礎(chǔ)上，基于直接關(guān)系圖深度搜索算法完成了即時(shí)簡(jiǎn)化方法的設(shè)計(jì)。在燃燒過(guò)程的不同時(shí)刻點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臒峄瘜W(xué)狀態(tài)對(duì)詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到即時(shí)的當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化機(jī)理以應(yīng)用于下一時(shí)間步的計(jì)算。
　　3）針對(duì)不同燃燒階段基元組分和基元反應(yīng)活躍程度變化

4、不盡相同的特點(diǎn)，對(duì)DAC方法進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)當(dāng)?shù)販囟茸兓那闆r對(duì)即時(shí)機(jī)理簡(jiǎn)化的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，而得到一種新的變步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)化學(xué)機(jī)理方法VSDAC。
　　4）為了驗(yàn)證VSDAC方法的機(jī)理適應(yīng)性、精確性和快速性，應(yīng)用該方法，在不同初始?jí)毫?、溫度及?dāng)量比條件下對(duì)正庚烷(558種組分/2539個(gè)反應(yīng))、異辛烷以及汽油替代燃料(1034種組分/4236個(gè)反應(yīng))的定壓絕熱大空間自燃著火過(guò)程進(jìn)行了模擬，并與全過(guò)程采用詳細(xì)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果，以

5、及傳統(tǒng)DAC方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　比較結(jié)果證明，與全過(guò)程采用詳細(xì)機(jī)理的模擬方法相比，VSDAC方法得到了精確的溫度、各主要組分質(zhì)量份額隨時(shí)間變化規(guī)律以及著火延遲時(shí)間與最高溫度等參數(shù)。該方法與傳統(tǒng)DAC相比，在保證模擬精度的同時(shí)，模擬效率得到進(jìn)一步提高。證明了該方法的正確性、高效性。
　　本文提出的VSDAC方法可用于基于詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的燃燒過(guò)程模擬，為解決燃燒反應(yīng)流模擬的精度和計(jì)算耗時(shí)之間的矛盾、拓展詳細(xì)機(jī)理的應(yīng)用范