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耦合CFD和详细化学动力学的燃烧模拟及其并行计算的实现

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燃烧科学与技术 2008年第5期14卷 474-479页

作者：王玉君张欣李从心吴剑锋北京交通大学动力工程系北京100044 中国科学院理化技术研究所北京100080

以KIVA3V和CHEMKINⅡ为研究平台,建立耦合详细化学反应动力学的多维CFD模型.为了解决耦合多维模型求解时间长的问题,对耦合程序进行了二次开发,使其能在基于MPI的超级计算机和高速网络连接的PC集群等多种并行计算平台上运行.在二次开发... 详细信息

以KIVA3V和CHEMKINⅡ为研究平台,建立耦合详细化学反应动力学的多维CFD模型.为了解决耦合多维模型求解时间长的问题,对耦合程序进行了二次开发,使其能在基于MPI的超级计算机和高速网络连接的PC集群等多种并行计算平台上运行.在二次开发中,提出了一种具有间歇特征的并行计算方案.在超级计算机——深腾6800上,使用耦合程序模拟了天然气SI发动机的燃烧过程.计算表明,模拟结果与试验数据有着较好的一致性;模拟计算具有较高的并行效率.

关键词：燃烧详细化学动力学多维模型并行计算

基于详细化学动力学正丁醇定容燃烧过程的损失

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内燃机学报 2016年第3期34卷 193-200页

作者：余浩闫峰苏万华天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

利用详细化学动力学在绝热均质定容条件下对正丁醇燃烧过程进行了数值模拟,并通过非平衡态热力学熵平衡方程计算了燃烧过程的损失.结果表明:损失率曲线主要有两个峰值,第1个峰值由正丁醇转变为小分子燃料的反应(阶段1)和H_2O_2,loo... 详细信息

利用详细化学动力学在绝热均质定容条件下对正丁醇燃烧过程进行了数值模拟,并通过非平衡态热力学熵平衡方程计算了燃烧过程的损失.结果表明:损失率曲线主要有两个峰值,第1个峰值由正丁醇转变为小分子燃料的反应(阶段1)和H_2O_2,loop及支撑反应(阶段2)构成;第2个峰值由CO、H氧化为最终产物反应(阶段3)构成.提高燃烧初始温度或当量比,反应温度上升,阶段1中高温反应路径取代低温反应路径,使损失降低,阶段2和阶段3中主要反应损失持续时间缩短,使损失降低;然而燃烧温度过高致使离解反应发生,导致不完全燃烧.增加燃烧初始压力或降低氧体积分数都可抑制离解反应,减少不完全燃烧.若使用进气加热、增压、稀燃、提高压缩比和废气再循环等发动机技术,可改变燃烧初始条件,使总损失从30.7%,减少至18.7%,.

关键词：正丁醇详细化学动力学定容燃烧热效率 损失

AP/HTPB复合推进剂燃烧的详细化学动力学建模(英文)

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固体火箭技术 2012年第3期35卷 311-318页

作者：赵瑜鲍福廷胡志伟蔡强胡声超西北工业大学航天学院西安710072 南安普顿大学工程科学学院南安普顿S0171BJ

采用详细化学动力学机理,为AP/HTPB复合推进剂的燃烧建立了模型。该模型包含2个步骤:前一个是数据准备阶段,后一个是求解阶段。模型中包含了完整的固相、凝相和气相三相反应机理,其中气相反应机理由37个组分和127个反应步组成。为了提... 详细信息

采用详细化学动力学机理,为AP/HTPB复合推进剂的燃烧建立了模型。该模型包含2个步骤:前一个是数据准备阶段,后一个是求解阶段。模型中包含了完整的固相、凝相和气相三相反应机理,其中气相反应机理由37个组分和127个反应步组成。为了提高模型的求解效率,用于评估化学反应的先进算法ISAT也被应用。最终,通过与试验结果的比较可看到,所建模型是可靠和精确的,并优于以往模型。

关键词： AP/HTPB复合推进剂燃烧详细化学动力学

耦合CFD和详细化学动力学的CNG发动机工作过程多维数值模拟

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机械工程学报 2009年第11期45卷 225-229页

作者：张欣王玉君李从心吴剑锋北京交通大学动力与控制工程系北京100044 中国科学院理化技术研究所北京100080

通过结合计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件KIVA3V和化学动力学软件CHEMKINII,实现了耦合CFD和详细化学动力学的发动机工作过程多维数值模拟。在此基础上,对KIVA3V/CHEMKINII源程序进行了并行功能的开发,使其能在基... 详细信息

通过结合计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件KIVA3V和化学动力学软件CHEMKINII,实现了耦合CFD和详细化学动力学的发动机工作过程多维数值模拟。在此基础上,对KIVA3V/CHEMKINII源程序进行了并行功能的开发,使其能在基于LINUX操作系统的大型并行计算机上运行。为了更为精确地模拟缸内的燃烧过程和监测中间组分的反应历程,耦合计算同时考虑了流动、传热及化学反应的影响,并引入了一种平衡湍流及化学动力学效应的燃烧模型。模型以天然气发动机WT615为研究对象,并对模拟结果和试验数据进行了对比。结果表明,模拟结果与试验数据有良好的一致性,模拟提供了中间组分的缸内分布信息,计算具有较高的并行效率和加速比特性。

关键词：燃烧详细化学动力学并行计算

基于详细化学动力学的AP燃烧模型的建立与分析

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科学技术与工程 2011年第31期11卷 7750-7753,7765页

作者：赵瑜鲍福廷胡声超西北工业大学航天学院西安710072

利用涡速方程和一些必要的数学方法,首先建立了基于详细化学动力学的AP燃烧模型。接着在不同的入口边界条件和反应机理下,应用该模型对AP燃烧进行了数值模拟并与试验数据进行了比较。结果表明求解得到的温度场,各组分浓度场等与已有试... 详细信息

利用涡速方程和一些必要的数学方法,首先建立了基于详细化学动力学的AP燃烧模型。接着在不同的入口边界条件和反应机理下,应用该模型对AP燃烧进行了数值模拟并与试验数据进行了比较。结果表明求解得到的温度场,各组分浓度场等与已有试验结果十分吻合,证实该模型可靠、精确。最后在精度方面,通过对采用不同参数模型之间的进一步比较和分析,可以看到AP燃烧的固相和凝聚相反应机理有待进一步的发展。

关键词： AP燃烧详细化学动力学涡速方程

基于详细化学反应动力学的RCCI燃烧过程建模及影响因素分析

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内燃机与动力装置 2016年第6期33卷 15-19页

作者：姚登举汪春梅彭杨茗李晶晶合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥230009

活性控制的压缩着火(RCCI)燃烧方式利用燃料反应活性的差异,实现可控、有组织的低温燃烧。燃烧受燃料活性分层控制,燃烧过程的计算有赖于详细的化学反应机理。利用开源CHEMKIN子程序库,本文构建了适合RCCI燃烧的准维多区模型,通过与试... 详细信息

活性控制的压缩着火(RCCI)燃烧方式利用燃料反应活性的差异,实现可控、有组织的低温燃烧。燃烧受燃料活性分层控制,燃烧过程的计算有赖于详细的化学反应机理。利用开源CHEMKIN子程序库,本文构建了适合RCCI燃烧的准维多区模型,通过与试验的对比,证明了该模型的合理性和可靠性。在此基础上计算了不同汽/柴油比例和喷油时刻对燃烧过程的影响,并分析了排放结果。

关键词： RCCI 多区模型详细化学动力学燃烧

抬举湍流H_2/N_2射流火焰的PDF模拟(英文)

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计算物理 2006年第1期23卷 73-79页

作者：王海峰陈义良中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

采用数值方法研究了一个高温燃烧产物环境中的抬举湍流H2/N2射流火焰,对火焰的自然和抬举特性进行了研究.采用标量联合概率密度函数(PDF)方法处理详细的化学动力学过程,而湍流流场采用一个多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型计算.计算中结合... 详细信息

采用数值方法研究了一个高温燃烧产物环境中的抬举湍流H2/N2射流火焰,对火焰的自然和抬举特性进行了研究.采用标量联合概率密度函数(PDF)方法处理详细的化学动力学过程,而湍流流场采用一个多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型计算.计算中结合了一套描述氢气氧化的详细化学反应动力学机理.计算结果和实验数据进行了对比,表明所采用的模型可以精确的模拟火焰抬举高度和自然的过程.

关键词：火焰抬举自燃 PDF k-ε模型详细化学动力学数值方法

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CSTR系统中甲烷燃烧过程的分岔特性分析

燃烧科学与技术 2011年第3期17卷 209-214页

作者：梁运涛曾文中国煤炭科学研究总院沈阳研究院煤矿安全技术国家重点实验室沈阳110016 沈阳航空航天大学动力与能源工程学院沈阳110136

运用分岔理论对连续流动均匀搅拌反应器(CSTR)中甲烷燃烧过程的分岔特性进行了详细分析,采用了甲烷的详细化学反应机理.分别以系统温度、滞留时间为分岔参数,详细讨论了CSTR系统的各种工况(系统压力、混合气过量空气系数、系统温度及滞... 详细信息

运用分岔理论对连续流动均匀搅拌反应器(CSTR)中甲烷燃烧过程的分岔特性进行了详细分析,采用了甲烷的详细化学反应机理.分别以系统温度、滞留时间为分岔参数,详细讨论了CSTR系统的各种工况(系统压力、混合气过量空气系数、系统温度及滞留时间)对甲烷燃烧过程分岔特性的影响.结果表明,在甲烷的整个燃烧过程中,出现了双着火点,即部分着火点和完全着火点;同时,出现了3个阶段,即部分着火阶段、完全着火阶段和熄火阶段.当以系统温度为分岔参数时,随着系统压力的升高、滞留时间的延长、过量空气系数的增加,甲烷的完全着火温度也随之降低.当以滞留时间为分岔参数时,随着系统温度、系统压力的升高,甲烷发生完全着火所需要的滞留时间随之缩短;过量空气系数对甲烷发生着火所需要的滞留时间影响较小.

关键词：燃烧分岔特性甲烷详细化学动力学