等离子体强化甲烷/空气混合气燃烧的模拟研究

发布时间：2022-07-20 18:01

　　当前传统内燃机正朝着更高压力、低火焰温度和稀薄燃烧等方向发展。作为第四种物质聚集状态,等离子体可与燃料分子碰撞,产生高温和催化效果以加速燃料氧化,有效缩短点火延迟时间,提高火焰传播速度,从而实现强化点火和助燃的目的。本文通过数值模拟平台对等离子体对甲烷/空气点火和燃烧特性的影响进行研究,主要研究内容和结论如下:首先,利用开源CFD软件OpenFOAM,根据需求进行子模块自主编程,从软件理论基础、组成和应用等方面进行介绍,建立对冲层流预混模型并分析燃烧过程。结果显示:等离子体分布与甲烷燃烧过程关系密切,促进点火和助燃。其次,以详细的化学反应机理GRI-MECH 3.0为基础,利用化学反应动力学软件CHEMKIN探究等离子体种类和浓度变化对甲烷燃烧过程中的点火延迟、燃烧特性和放热率变化的影响规律。结果表明:等离子体的加入有助于缩短点火延迟时间、提高缸内最高压力和温度,并且O自由基的作用效果优于H。通过比较浓度分别为0.5%、1%和1.5%的自由基O对甲烷燃烧特性的影响,表明增大O浓度可以使缸内燃烧温度和压力升高,促进燃烧反应进程,但O浓度过大对点火助燃效果提升不明显。自由基的加入会使着火时... 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 能源现状与政策
    1.3 等离子体助燃研究进展
        1.3.1 等离子体基本概念及应用
        1.3.2 等离子体基本参数及产生
        1.3.3 点火助燃机理研究
    1.4 选题依据与研究内容
第2章 计算软件及数值模型
    2.1 引言
        2.1.1 OpenFOAM发展历史
        2.1.2 OpenFOAM特点
    2.2 OpenFOAM架构
    2.3 应用范围
    2.4 基本控制方程
    2.5 相关物理模型
    2.6 本章小结
第3章 对冲层流预混CH_4/空气燃烧数值模拟
    3.1 研究背景
    3.2 物理模型
    3.3 几何模型建立
        3.3.1 模型建立准则
        3.3.2 几何模型
    3.4 初始和边界条件
    3.5 物理特性
    3.6 热物性设置
    3.7 方程求解的时间控制和算法
        3.7.1 设定流程控制文件
        3.7.2 设置离散格式
        3.7.3 选择方程求解器和算法控制
    3.8 后处理及结果分析
        3.8.1 后处理软件
        3.8.2 关键位置流场矢量图
        3.8.3 反应机理探究
    3.9 本章小结
第4章 等离子体对CH_4/空气燃烧反应的影响
    4.1 引言
    4.2 CHEMKIN软件基础
        4.2.1 理论模型介绍
        4.2.2 模型建立
        4.2.3 数值模拟初始条件
    4.3 等离子体对燃烧特性的影响
        4.3.1 不同等离子体对甲烷燃烧的影响
        4.3.2 等离子体对压力升高率的影响
        4.3.3 等离子体浓度对甲烷燃烧特性的影响
    4.4 等离子体对放热率的影响
        4.4.1 不同等离子体对放热率的影响
        4.4.2 等离子体浓度对放热率的影响
    4.5 本章小结
第5章 臭氧对天然气均质压缩燃烧的影响
    5.1 引言
    5.2 模型建立
    5.3 结果分析与讨论
        5.3.1 臭氧浓度对缸内燃烧特性的影响
        5.3.2 进气温度对燃烧过程的影响
        5.3.3 进气压力对燃烧过程的影响
        5.3.4 压缩比对燃烧过程的影响
        5.3.5 当量比对燃烧过程的影响
    5.4 本章小结
第6章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体强化燃烧的目前研究进展[J]. 何立明,刘兴建,赵兵兵,金涛,于锦禄,曾昊.  航空动力学报. 2016(07)
[2]不同长细比圆柱绕流的大涡模拟[J]. 端木玉,万德成.  水动力学研究与进展（A辑）. 2016(03)
[3]“十三五”国民经济和社会发展规划纲要亮点解析[J]. 张占斌.  环境保护. 2016(05)
[4]等离子体助燃技术发展与应用研究[J]. 杨卫东.  科技经济导刊. 2015(15)
[5]中国制造2025[J]. 黎丽,谢伟,魏书传,汪杨.  金融经济. 2015(13)
[6]传统燃烧与等离子体助燃的燃烧室数值仿真[J]. 刘兴建,何立明,宋振兴,苏建勇,王景杰,于锦禄.  燃烧科学与技术. 2015(02)
[7]等离子体流动控制与点火助燃研究进展[J]. 吴云,李应红.  高电压技术. 2014(07)
[8]基于OpenFOAM的甲烷掺氢燃烧数值模拟研究[J]. 李嘉辰,刘昊,赵光耀,卢海涛,韩雪娇,张红光.  中国现代教育装备. 2014(05)
[9]燃烧基础研究的进展和挑战(英文)[J]. 琚诒光.  力学进展. 2014(00)
[10]等离子体射流点火器点火特性的实验研究[J]. 赵兵兵,何立明,兰宇丹,丁未,王育虔.  高电压技术. 2013(07)

博士论文
[1]基于OpenFOAM平台的木质生物质多组分热解及燃烧特性数值模拟研究[D]. 丁彦铭.中国科学技术大学 2017
[2]燃烧计算中火焰面模型的研究[D]. 陆阳.中国科学技术大学 2009

硕士论文
[1]基于OpenFOAM的燃气轮机燃烧室的大涡数值模拟[D]. 曾佑杰.大连理工大学 2015
[2]刚性圆柱绕流以及稳定性的研究[D]. 王力.江苏大学 2015
[3]非平衡等离子体对汽油和甲烷燃烧影响的数值模拟研究[D]. 王回春.合肥工业大学 2014
[4]OpenFOAM中稳态大气边界层风洞的开发研究[D]. 张洪华.哈尔滨工业大学 2013
[5]基于VOF方法的喷嘴空穴流动与近场喷雾数值模拟研究[D]. 林宇星.南昌大学 2013



本文编号：3664482