反應(yīng)框架機理的優(yōu)化分析及數(shù)值預(yù)測.pdf

1、實際火災(zāi)過程主要涉及到多種燃料的混合燃燒，研究其混合燃燒特性可以為火災(zāi)的研究提供重要的基礎(chǔ)信息。數(shù)值模擬是研究燃燒特性的重要手段之一，為準(zhǔn)確地模擬燃燒過程，應(yīng)使用盡量詳細的化學(xué)動力學(xué)機理。但是，詳細化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理會帶來巨大的數(shù)值剛性問題，為火災(zāi)中流動/燃燒耦合數(shù)值模擬帶來極大的困難。因此，對詳細化學(xué)機理進行簡化優(yōu)化分析，不及可以減少計算時間，還可以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，這對火災(zāi)模擬研究中具有重要意義。
　　利用化學(xué)動力學(xué)燃燒模

2、型，在分析耦合詳細反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上，對混合燃料的燃燒特性進行數(shù)值預(yù)測研究。重點考察混合比率對火焰點火延遲現(xiàn)象和層流燃燒速度的影響，并結(jié)合正交敏感性系數(shù)進行分析。本文以乙烯/甲基醚混合氣體為例進行數(shù)值模擬，研究表明，不同溫度下，混合比率對點火延遲時間的影響不同;層流燃燒速度和O+OH最大濃度都隨甲基醚含量的增大而減小，結(jié)合敏感性分析和組分濃度，得到層流燃燒速度與O+OH最大濃度之間的線性方程式;甲基醚含量的增加可以減少有毒氣體CO的排放量

3、。
　　本文建立了基于敏感性分析和遺傳算法的對詳細化學(xué)反應(yīng)機理進行全局簡化優(yōu)化分析的研究平臺。首先，通過元素流通法，確定燃料氧化的主要反應(yīng)路徑，找出機理中的重要組分，并對這些重要組分進行濃度敏感性分析，獲得具有較高計算效率的簡化機理。然后采用遺傳算法，對簡化機理中的反應(yīng)參數(shù)進行全局優(yōu)化，提高簡化機理的計算精度。針對碳氫燃料中最簡單的甲烷燃燒反應(yīng)機理，利用上述數(shù)值平臺，對甲烷燃燒的詳細機理進行簡化優(yōu)化操作。與詳細機理相比，簡化機理和

4、優(yōu)化機理計算所需要的時間明顯減少。在對層流燃燒速度、火焰溫度、反應(yīng)物及生成物濃度的預(yù)測方面，優(yōu)化機理與詳細機理的計算結(jié)果十分接近，證明了基于敏感性分析和遺傳算法對詳細機理進行全局簡化優(yōu)化分析方法的可靠性和有效性。
　　本文的主要貢獻有兩點:第一，使用數(shù)值模擬方法分析了混合燃料的預(yù)混火焰，研究混合比率對燃燒特性的影響，采用典型的不飽和烴/復(fù)雜非烴類氣體混合氣體（乙烯/甲基醚）進行分析，為火災(zāi)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);第二，建立依據(jù)敏感性分析