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燃烧数值模拟中的复杂化学反应机理处理方法

发布时间:2018-08-10 07:56
【摘要】:燃烧数值模拟有助于认识诸如点火、火焰传播、火焰不稳定、熄火、湍流与火焰相互作用等基础燃烧过程、揭示其中的燃烧机理,是开发新型替代燃料和高性能燃烧器的重要研究手段.然而,燃烧过程涉及的广泛时空尺度和复杂物理化学过程给其数值模拟带来了巨大挑战.为了实现燃烧过程的高效精确数值模拟,必须解决复杂化学反应机理导致刚性问题和数值求解方程过多的问题.本文介绍了复杂化学反应机理处理方法的研究进展、化学反应机理简化方法和自适应化学反应机理(针对复杂化学反应机理导致数值求解方程过多的问题)、几种常用的高效积分算法和降维/重构方法(针对复杂化学反应机理导致常微分方程组刚性问题).为了有效地模拟多尺度燃烧过程,接下来需要进一步发展和综合应用自适应网格技术、高效积分算法与自适应时间步长技术、化学反应机理简化与自适应化学反应机理技术、以及自适应物理/化学模型技术.
[Abstract]:Numerical simulation of combustion can help to understand the basic combustion processes, such as ignition, flame propagation, flame instability, flameout, turbulence and flame interaction, and reveal the combustion mechanism. It is an important research method to develop new alternative fuels and high performance burners. However, the extensive space-time scale and complex physicochemical processes involved in combustion process pose a great challenge to its numerical simulation. In order to achieve efficient and accurate numerical simulation of combustion process, it is necessary to solve the rigid problem caused by complex chemical reaction mechanism and the problem of too many numerical solving equations. In this paper, the research progress on the treatment of complex chemical reaction mechanism is introduced. Simplified method of chemical reaction mechanism and adaptive chemical reaction mechanism (aiming at the problem that complex chemical reaction mechanism leads to too many numerical solving equations), several commonly used high efficiency integral algorithms and dimensionality reduction / reconstruction methods (aiming at complexity) The reaction mechanism leads to the rigid problem of ordinary differential equations. In order to effectively simulate the multi-scale combustion process, it is necessary to further develop and integrate the adaptive mesh technology, the efficient integration algorithm and the adaptive time step technology, the simplification of chemical reaction mechanism and the adaptive chemical reaction mechanism technology. And adaptive physical / chemical modeling technology.
【作者单位】: 重庆大学动力工程学院;佐治亚理工学院航空和航天工程系;北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金(编号:51322602,91541204) 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室开放基金(编号:LLEUTS-201601)资助项目
【分类号】:O643.21

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本文编号:2175444

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