CH4在O2/CO2条件下燃烧反应机理简化研究
随着温室效应的日益严重，O2/CO2燃烧技术作为一种有效的减少CO2排放量的洁净燃烧技术，逐渐受到人们的关注。与传统燃烧方式相比，O2/CO2燃烧技术的助燃剂由O2/N2变为O2/CO2，由于高浓度CO2的存在以及CO2和N2物理化学性质的不同，使得燃料在O2/CO2条件下燃烧时起重要作用的组分和主要反应发生改变，这使得燃烧反应机理也发生变化。简化反应机理有助于数值模拟快速精确的进行，因此，本文主要针对CH4在O2/CO2条件下对其详细反应机理进行简化研究。 首先，本文使用全局和局部敏感性分析，对CH4在O2/CO2条件下、不同反应器（PREMIX模型、PSR模型、0-D封闭模型和PFR模型）中的燃烧过程进行了分析，结果表明:在四种反应器模型中，高活性自由基O、H、OH对CH4整个燃烧过程都起到了显著的作用;在PREMIX模型中，R38、R52、R119在燃烧过程中对燃烧温度和组分浓度起主要作用;在PSR模型中，R33、R35、R38对燃烧温度起主要作用，R98对组分浓度起主要作用;在0-D封闭模型中，R38、R155、R156和R158对燃烧温度和组分浓度起主要作用;在PFR模型中，R32、R155、R156和R158对燃烧温度和组分浓度起到主要作用，R38起次要作用。 然后，利用直接关系图法(DRG)对GRI-Mech3.0详细机理中组分间耦合关系进行分析，对冗余组分及反应进行删除，最终生成包含24种组分、126个基元反应的简化机理。在四种反应器模型中对温度、组分浓度、火焰传播速度以及着火延迟时间与GRI-Mech3.0详细机理进行对比验证，结果显示简化机理和详细机理计算结果十分吻合，平均误差小于5％。 最后，为降低反应系统的刚性，利用准稳态假设法对所生成的简化动力学模型进行进一步简化。最终生成14步和10步反应的总包机理，并使用这两个总包机理与GRI-Mech3.0详细机理进行对比验证，结果显示14步和10步总包机理能够较好的描述燃烧温度和组分摩尔分数的变化趋势，使用14步和10步总包机理描述CH4在O2/CO2条件下燃烧过程是可靠的。
甲烷;O2/CO2条件;燃烧反应;动力学模型
东北大学
硕士
热能工程
于庆波
2014
中文
TQ221.11;TQ038.4
93
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）