頁巖氣湍流預(yù)混火焰的直接數(shù)值模擬研究.pdf

1、環(huán)境污染、能源短缺是制約人類社會發(fā)展的重要因素，尋找新型燃料，探尋高效、清潔的燃燒方式是解決能源短缺和環(huán)境污染問題的重要手段。頁巖氣作為一種非常規(guī)天然氣，具有儲量大、燃燒后污染物排放少等特點。其合理的開采使用對我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和環(huán)境保護具有重要的意義。對頁巖氣燃燒過程中復(fù)雜的流動與燃燒耦合的物理化學(xué)機制的深入認識，是設(shè)計和制造高效、清潔燃燒設(shè)備的基礎(chǔ)。論文首先提出了一種高效機理簡化方法，并用于頁巖氣化學(xué)機理的簡化，然后對頁巖氣湍流預(yù)混

2、燃燒過程進行了直接數(shù)值模擬。采用直接數(shù)值模擬方法較為全面地研究了頁巖氣燃燒過程中湍流與火焰的相互作用，探討了渦團所引起的拉伸、彎曲等對火焰特性的影響規(guī)律。
　　論文主要工作及研究成果如下：
　　（1）為了獲得高效、精確的簡化機理，提出了一種基于多級多參量分析的新型機理簡化方法。多種燃料和工況的測試證明了該機理簡化方法的高效性和實用性?；谠摍C理簡化方法構(gòu)建了包含26種基元組分與44個基元反應(yīng)的頁巖氣骨架反應(yīng)機理，為燃燒數(shù)值模

3、擬提供了必要的基礎(chǔ)。
　　（2）為了獲得燃燒與流動耦合的詳細特性，基于燃料燃燒過程的基本守恒規(guī)律，構(gòu)建了適用于復(fù)雜湍流燃燒模擬的并行直接數(shù)值模擬系統(tǒng)。典型湍流燃燒模擬結(jié)果證明了所構(gòu)建的直接數(shù)值模擬系統(tǒng)的合理性。該模擬平臺為頁巖氣燃燒過程的詳細模擬提供了強有力的分析工具。
　?。?）基于搭建的直接數(shù)值模擬系統(tǒng)，利用構(gòu)建的頁巖氣化學(xué)反應(yīng)機理，對頁巖氣湍流預(yù)混火焰進行了三維直接數(shù)值模擬。通過對頁巖氣湍流預(yù)混燃燒過程的分析，找出了湍