页岩气湍流预混火焰的直接数值模拟研究
环境污染、能源短缺是制约人类社会发展的重要因素,寻找新型燃料,探寻高效、清洁的燃烧方式是解决能源短缺和环境污染问题的重要手段。页岩气作为一种非常规天然气,具有储量大、燃烧后污染物排放少等特点。
其合理的开采使用对我国能源结构的优化和环境保护具有重要的意义。对页岩气燃烧过程中复杂的流动与燃烧耦合的物理化学机制的深入认识,是设计和制造高效、清洁燃烧设备的基础。
论文首先提出了一种高效机理简化方法,并用于页岩气化学机理的简化,然后对页岩气湍流预混燃烧过程进行了直接数值模拟。采用直接数值模拟方法较为全面地研究了页岩气燃烧过程中湍流与火焰的相互作用,探讨了涡团所引起的拉伸、弯曲等对火焰特性的影响规律。
论文主要工作及研究成果如下:(1)为了获得高效、精确的简化机理,提出了一种基于多级多参量分析的新型机理简化方法。多种燃料和工况的测试证明了该机理简化方法的高效性和实用性。
基于该机理简化方法构建了包含26种基元组分与44个基元反应的页岩气骨架反应机理,为燃烧数值模拟提供了必要的基础。(2)为了获得燃烧与流动耦合的详细特性,基于燃料燃烧过程的基本守恒规律,构建了 ...