基于DRG及其衍生方法的燃烧反应机理简化策略
发布时间：2021-03-30 08:02
将详细化学反应机理引入内燃机燃烧数值模拟会带来巨大的计算量,为了简化机理的构建.基于DRG及其衍生方法提出一种简化策略,即针对一种简化方法,从小到大选取阈值,形成多步简化,并在一种简化方法不能进行冗余组分的减少时,交叉使用其他简化方法,在保持较高的精度下,可大幅度减少组分和基元反应.运用该策略将LLNL3.1由654组分简化至162组分;将GRI3.0由53组分简化至26组分,分别与各自的详细机理进行对比,结果表明简化机理的模拟结果和详细机理的模拟结果吻合,说明该简化策略能很好适用于规模差别很大的两种机理的简化.并将正庚烷的简化机理和CFD耦合计算与实验结果对比,进一步验证了该简化策略的适用性.
【文章来源】：江苏科技大学学报(自然科学版). 2020,34(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
机理简化策略思想流程图
正庚烷机理简化步骤如图2.初步简化使用DRGEP和DRG两种方法,首先选择DRGEP作为初步简化的第1种机理简化方法,初始阈值设为1×10-5,得简化机理一,带入CHEMKIN计算,滞燃期最大相对误差为23.66%,以简化机理一为基础,继续使用DRGEP方法并增大阈值到1×10-4,得简化机理二,滞燃期最大相对误差为27.66%,然后以简化机理二为基础,使用DRGEP方法,阈值增大到5×10-4,得简化机理三,滞燃期最大相对误差为27.66%,再以简化机理三为基础,使用DRGEP阈值增大到1×10-3,得简化机理四,滞燃期最大相对误差为27.39%,若在此基础上继续增大阈值到5×10-3,虽然Reaction Workbench软件能继续简化至简化机理五,但此时滞燃期最大相对误差达到68%,不再满足精度要求,并在此时认为DRGEP的简化能力已经用尽.于是以简化机理四为基础,改用DRG方法,初始阈值设为1×10-5,得到简化机理六,滞燃期最大相对误差为26.55%,以简化机理六为基础,同样使用DRG方法,增大阈值到1×10-4,得简化机理七,继续增大阈值得到简化机理八,此时滞燃期最大相对误差为36.13%,不满足精度要求,并认为此时DRG的简化能力已经用尽.因此选择简化机理七为初步简化所得机理.随后交叉使用DRGEPSA和DRGASA两种简化方法进行深度简化,以简化机理七为基础,选择DRGEPSA方法,阈值选择为1×10-5,得简化机理九,滞燃期误差最大为26.71%,以简化机理九为基础,选用DRGSA方法,阈值同样设置为1×10-5,得最终简化机理,包含162组分和692步基元反应,最大滞燃期误差为29.70%,满足初始设置精度,机理简化结果如表2.表2 正庚烷机理简化结果Table 2 Reduced results of n-heptane mechanism 机理 组分个数 基元步数 最大误差/% 详细机理 654 2 827 0.00 简化机理一 244 1 169 23.66 简化机理二 224 1 113 27.66 简化机理三 218 1 090 27.66 简化机理四 212 1 029 27.39 简化机理五 208 984 68.00 简化机理六 189 896 26.55 简化机理七 188 894 26.52 简化机理八 178 803 36.13 简化机理九 176 801 26.71 最终简化机理 162 692 29.70
为了比较使用一种简化方法采用阈值从小到大设置得到的简化机理和采用一个较大阈值进行一次简化所得到简化机理的准确度,文中通过选用DRGEP方法,使用较大阈值(10-3)对正庚烷详细机理进行一次简化所得的简化机理(包含213组分和1 008个基元反应)与文中选用DRGEP方法,阈值从小到大设置,进行多步简化所得正庚烷简化机理四(212组分和1 029个基元反应)的滞燃期误差进行对比,如图4(a).图4(b)是选用DRGEP方法,使用较大阈值(10-2)对甲烷详细机理进行一次简化所得的简化机理(包含34组分和191个基元反应)与文中选用DRGEP方法,阈值从小到大设置,进行多步简化所得甲烷简化机理四(27组分和137个基元反应)的滞燃期误差对比图.从图4(a)和图4(b)可以看出,使用较大阈值进行一次简化所得简化机理和文中方法简化所得机理相比,在不同工况下,一次简化机理的滞燃期误差比文中所采用的方法简化得到的机理滞燃期误差高,且最大误差分别超过50%(图4(a))和70%(图4(b)).证明了采用阈值从小到大多步简化所得机理的精度要高于使用较大阈值进行一次简化.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于直接关系图类方法的丙烯详细机理骨架简化[J]. 陈菲儿,邱越,阮灿,王文钰,吕兴才. 燃烧科学与技术. 2019(06)
[2]正十二烷高温机理简化及验证[J]. 卢海涛,刘富强,王于蓝,王成冬,范雄杰,刘存喜,徐纲. 物理化学学报. 2019(05)
[3]基于DRGEP和CSP方法的正癸烷骨架机理简化[J]. 张方,何加龙,熊绍专. 四川大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]富氧燃烧详细机理评估及机理简化[J]. 胡帆,李鹏飞,郭军军,柳朝晖,王凯,郑楚光. 工程热物理学报. 2018(11)
[5]基于着火特性的甲烷-正庚烷混合燃料化学动力学机理简化[J]. 曹灵,张尊华,梁俊杰,朱仕皓,李格升. 武汉理工大学学报. 2018(02)
[6]基于直接关系图方法的丁酸甲酯燃烧反应机理的框架简化(英文)[J]. 王全德. 物理化学学报. 2016(03)
[7]柴油/甲醇高温富燃动力学机理的简化[J]. 姚春德,韩国鹏,银增辉,臧儒振. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(09)
[8]基于CFD某增压柴油机不同海拔下的燃烧机理分析[J]. 徐华平,张旭,王浩东,刘炳霞,李强. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2013(04)
[9]涡流比对柴油机NOx排放的影响[J]. 肖民,祁爱英. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2007(04)
硕士论文
[1]湍流扩散燃烧中守恒标量的数值模拟[D]. 辛升.华中科技大学 2004
本文编号：3109180
【文章来源】：江苏科技大学学报(自然科学版). 2020,34(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
机理简化策略思想流程图
正庚烷机理简化步骤如图2.初步简化使用DRGEP和DRG两种方法,首先选择DRGEP作为初步简化的第1种机理简化方法,初始阈值设为1×10-5,得简化机理一,带入CHEMKIN计算,滞燃期最大相对误差为23.66%,以简化机理一为基础,继续使用DRGEP方法并增大阈值到1×10-4,得简化机理二,滞燃期最大相对误差为27.66%,然后以简化机理二为基础,使用DRGEP方法,阈值增大到5×10-4,得简化机理三,滞燃期最大相对误差为27.66%,再以简化机理三为基础,使用DRGEP阈值增大到1×10-3,得简化机理四,滞燃期最大相对误差为27.39%,若在此基础上继续增大阈值到5×10-3,虽然Reaction Workbench软件能继续简化至简化机理五,但此时滞燃期最大相对误差达到68%,不再满足精度要求,并在此时认为DRGEP的简化能力已经用尽.于是以简化机理四为基础,改用DRG方法,初始阈值设为1×10-5,得到简化机理六,滞燃期最大相对误差为26.55%,以简化机理六为基础,同样使用DRG方法,增大阈值到1×10-4,得简化机理七,继续增大阈值得到简化机理八,此时滞燃期最大相对误差为36.13%,不满足精度要求,并认为此时DRG的简化能力已经用尽.因此选择简化机理七为初步简化所得机理.随后交叉使用DRGEPSA和DRGASA两种简化方法进行深度简化,以简化机理七为基础,选择DRGEPSA方法,阈值选择为1×10-5,得简化机理九,滞燃期误差最大为26.71%,以简化机理九为基础,选用DRGSA方法,阈值同样设置为1×10-5,得最终简化机理,包含162组分和692步基元反应,最大滞燃期误差为29.70%,满足初始设置精度,机理简化结果如表2.表2 正庚烷机理简化结果Table 2 Reduced results of n-heptane mechanism 机理 组分个数 基元步数 最大误差/% 详细机理 654 2 827 0.00 简化机理一 244 1 169 23.66 简化机理二 224 1 113 27.66 简化机理三 218 1 090 27.66 简化机理四 212 1 029 27.39 简化机理五 208 984 68.00 简化机理六 189 896 26.55 简化机理七 188 894 26.52 简化机理八 178 803 36.13 简化机理九 176 801 26.71 最终简化机理 162 692 29.70
为了比较使用一种简化方法采用阈值从小到大设置得到的简化机理和采用一个较大阈值进行一次简化所得到简化机理的准确度,文中通过选用DRGEP方法,使用较大阈值(10-3)对正庚烷详细机理进行一次简化所得的简化机理(包含213组分和1 008个基元反应)与文中选用DRGEP方法,阈值从小到大设置,进行多步简化所得正庚烷简化机理四(212组分和1 029个基元反应)的滞燃期误差进行对比,如图4(a).图4(b)是选用DRGEP方法,使用较大阈值(10-2)对甲烷详细机理进行一次简化所得的简化机理(包含34组分和191个基元反应)与文中选用DRGEP方法,阈值从小到大设置,进行多步简化所得甲烷简化机理四(27组分和137个基元反应)的滞燃期误差对比图.从图4(a)和图4(b)可以看出,使用较大阈值进行一次简化所得简化机理和文中方法简化所得机理相比,在不同工况下,一次简化机理的滞燃期误差比文中所采用的方法简化得到的机理滞燃期误差高,且最大误差分别超过50%(图4(a))和70%(图4(b)).证明了采用阈值从小到大多步简化所得机理的精度要高于使用较大阈值进行一次简化.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于直接关系图类方法的丙烯详细机理骨架简化[J]. 陈菲儿,邱越,阮灿,王文钰,吕兴才. 燃烧科学与技术. 2019(06)
[2]正十二烷高温机理简化及验证[J]. 卢海涛,刘富强,王于蓝,王成冬,范雄杰,刘存喜,徐纲. 物理化学学报. 2019(05)
[3]基于DRGEP和CSP方法的正癸烷骨架机理简化[J]. 张方,何加龙,熊绍专. 四川大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]富氧燃烧详细机理评估及机理简化[J]. 胡帆,李鹏飞,郭军军,柳朝晖,王凯,郑楚光. 工程热物理学报. 2018(11)
[5]基于着火特性的甲烷-正庚烷混合燃料化学动力学机理简化[J]. 曹灵,张尊华,梁俊杰,朱仕皓,李格升. 武汉理工大学学报. 2018(02)
[6]基于直接关系图方法的丁酸甲酯燃烧反应机理的框架简化(英文)[J]. 王全德. 物理化学学报. 2016(03)
[7]柴油/甲醇高温富燃动力学机理的简化[J]. 姚春德,韩国鹏,银增辉,臧儒振. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(09)
[8]基于CFD某增压柴油机不同海拔下的燃烧机理分析[J]. 徐华平,张旭,王浩东,刘炳霞,李强. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2013(04)
[9]涡流比对柴油机NOx排放的影响[J]. 肖民,祁爱英. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2007(04)
硕士论文
[1]湍流扩散燃烧中守恒标量的数值模拟[D]. 辛升.华中科技大学 2004
本文编号：3109180
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3109180.html
