自适应化学动力学及在爆震燃烧研究中应用探索

来源 :中国化学会第29届学术年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suifengangle
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  在燃烧流场模拟中,为保证计算精度,需要采用详细化学反应动力学模型,这就导致计算量大且处理复杂.而实际燃烧流场中,在不同区域起关键作用的组分和反应都不相同.自适应化学方法就是根据当地的反应流场参数选用不同的简化化学反应模型,避免了在一些区域中计算不必要的组分与反应,而这些简化反应模型在当地的反应流场参数条件下得到的结果与详细反应模型得到的结果非常一致.采用自适应化学方法即可简化计算,又能符合物理本质,得到精确的结果.爆震燃烧是激波与燃烧波强烈耦合,并以超声速传播的一道燃烧波.要精确模拟出爆震燃烧精细结构,获得更真实的物理特征,就必须模拟出激波后化学反应诱导时间和放热过程,这样就要求采用的化学动力学模型足够精确.但由于爆震燃烧模拟还要求网格尺度小于诱导区长度,通常为 0.1mm 量级以下,这就大大带来了计算量问题.目前国外在爆震模拟中已开始考虑采用 QSSA 与 ILDM 方法来简化化学反应模型.采用 QSSA 化学反应简化模型可以考虑爆震燃烧过程中需要重点关心的区域,但是在全流场采用采用该模型不能获得理想结果和计算量简化效果.ILDM 化学动力学简化模拟能根据流场特性在一定程度上进行化学反应简化,但是同时也带来了很大的计算量.通过分析爆震结构特点,就可以发现爆震燃烧过程中存着明显的化学反应分区现象.比如在爆震波未到达区完全可不考虑化学反应.对于爆震面的诱导区,为了得到精确爆震结构必须采用详细反应模型,而对于诱导区后放热区,则可根据不同工况和反应物特性,通过前期分析,并采用 QSSA、敏感性分析等方法进行简化.在具体实施中,首先需要选定一个全局适用的详细化学动力学模型,为了能精确模拟爆震特性,还需要采用敏感性方法结合相应的试验数据进行验证.其次针对需要模拟爆震燃烧过程,计算得到简化模型比如ZND结构,根据温度、组分与压力不同大致分成几个区域,在各个区域范围内分析起关键作用的组分与反应,并进行反应模型简化.最后在计算中加入这些反应模型,并设定各个简化反应模型的适用范围和判断标准.
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