基于自適應(yīng)化學(xué)理論的均相反應(yīng)過(guò)程模擬及其在甲烷預(yù)混火焰中的應(yīng)用

【摘要】： 針對(duì)實(shí)際燃燒裝置內(nèi)的流動(dòng)﹑燃燒過(guò)程的數(shù)值模型研究,學(xué)者們更多的把精力集中在流動(dòng)問(wèn)題的研究之上,而對(duì)燃燒過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)本身考慮相對(duì)較少。以往的數(shù)值模擬研究大都采用了較為簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,并應(yīng)用同一反應(yīng)機(jī)理計(jì)算各處的化學(xué)反應(yīng),而未考慮不同燃燒區(qū)域的特性。簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理往往不能全面、精確描述火焰的某些特征,尤其是在污染物排放的預(yù)報(bào)方面。美國(guó)麻省理工學(xué)院化工系Green博士等人提出的自適應(yīng)化學(xué)理論(Adaptive Chemistry,簡(jiǎn)稱AdapChem),將復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)化為適用于求解區(qū)域內(nèi)不同空間位置(網(wǎng)格)和該網(wǎng)格中當(dāng)?shù)胤磻?yīng)條件下的若干簡(jiǎn)化反應(yīng)模型。反應(yīng)機(jī)理的合理、精確簡(jiǎn)化是AdapChem應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。 本論文針對(duì)AdapChem中所必須涉及的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的搭建、基于敏感性分析的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的最優(yōu)簡(jiǎn)化及其簡(jiǎn)化模型在AdapChem中的應(yīng)用,進(jìn)行了如下研究:針對(duì)痕量元素Hg、Sn詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的建立,對(duì)Hg、Sn詳細(xì)氧化反應(yīng)機(jī)理的搭建原則和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了歸納。首先,采用熱力學(xué)平衡分析的方法確定Hg、Sn在反應(yīng)體系中的主要存在形態(tài);之后,充分考慮Hg、Sn氧化潛在的氧化劑,采用量子化學(xué)過(guò)渡態(tài)理論的方法,對(duì)Hg、Sn氧化的核心反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行直接計(jì)算;最后,在充分考慮了Hg、Sn反應(yīng)系統(tǒng)中其它物質(zhì)組分之間的可能基元反應(yīng)之后,搭建分別得到最終的Hg、Sn詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理。 提出了一種基于敏感性分析的反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)化方法,該方法采用最優(yōu)簡(jiǎn)化法簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理,同時(shí)利用敏感性分析的方法驗(yàn)證簡(jiǎn)化結(jié)果,嘗試揭示系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的潛在途徑。本文采用最優(yōu)簡(jiǎn)化法,對(duì)包含20個(gè)可逆基元反應(yīng)的氫氧燃燒反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)化。氫氧比為2:1時(shí),在特征時(shí)間t1-t4下,簡(jiǎn)化機(jī)理的基元反應(yīng)個(gè)數(shù)分別減少到6個(gè)、7個(gè)、14個(gè)和16個(gè);同樣對(duì)包含325個(gè)可逆基元反應(yīng)的甲烷燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的簡(jiǎn)化結(jié)果表明:不同時(shí)刻下簡(jiǎn)化模型中反應(yīng)的個(gè)數(shù)比原機(jī)理中的減少了2-6倍;點(diǎn)燃區(qū)(1.0×10-3 s附近)的簡(jiǎn)化機(jī)理最復(fù)雜,包含的基元反應(yīng)最多(135個(gè));燃盡區(qū)的簡(jiǎn)化機(jī)理最簡(jiǎn)單,包含的基元反應(yīng)最少(51個(gè))。且以上簡(jiǎn)化機(jī)理都保持了相當(dāng)高的全尺度反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算精度。 采用AdapChem的方法,對(duì)美國(guó)Yale大學(xué)甲烷/空氣預(yù)混火焰的相關(guān)試驗(yàn)研究,進(jìn)行了數(shù)值模擬,實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃燒過(guò)程中溫度、主量和非主量成分的精確預(yù)報(bào)。同時(shí),在AdapChem方法首次引入了輻射模型DO法,完善了該理論的方法。對(duì)計(jì)算模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。考慮輻射模型之后,輻射傳熱使得火焰的中心區(qū)域溫度降低了20-100K,熱量向四周輻射,火焰的外部區(qū)域溫度升高,整個(gè)空間的溫度分布更趨于合理。通過(guò)計(jì)算模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較,證明了引入輻射模型后的自適應(yīng)化學(xué)理論計(jì)算方法更為精確。 【關(guān)鍵詞】：反應(yīng)機(jī)理 自適應(yīng)化學(xué)理論 痕量元素 反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 敏感性分析 甲烷預(yù)混火焰 輻射模型DO法
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：O643.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 均相詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的研究現(xiàn)狀和本課題的任務(wù)11-22
• 1.1 簡(jiǎn)單、詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的優(yōu)缺點(diǎn)11-12
• 1.2 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理搭建的現(xiàn)狀13-15
• 1.4 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的簡(jiǎn)化15-17
• 1.5 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理在數(shù)值模擬中的應(yīng)用17-18
• 1.6 本課題的研究任務(wù)與研究?jī)?nèi)容18-21
• 1.7 本章小結(jié)21-22
• 2 均相Hg、Sn 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的搭建22-54
• 引言22
• 2.1 化學(xué)動(dòng)力學(xué)的基本概念和基本理論22-24
• 2.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容和方法24
• 2.3 化學(xué)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹24-29
• 2.4 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理搭建的經(jīng)驗(yàn)29-31
• 2.5 Hg 的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的搭建31-44
• 2.6 Sn 的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的搭建44-51
• 2.7 Hg、Sn 詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理搭建的比較51-52
• 2.8 本章小結(jié)52-54
• 3 Hg、Sn 關(guān)鍵基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的獲得54-70
• 引言54
• 3.1 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的獲得方法54-55
• 3.2 化學(xué)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)理論簡(jiǎn)介55-57
• 3.3 過(guò)渡態(tài)理論計(jì)算方法57-59
• 3.4 量子化學(xué)計(jì)算軟件及其應(yīng)用59-60
• 3.5 煤燃燒過(guò)程相關(guān)反應(yīng)機(jī)理的研究現(xiàn)狀60-61
• 3.6 煤燃燒過(guò)程中汞的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的獲得61-64
• 3.7 煤燃燒過(guò)程中錫的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的獲得64-69
• 3.8 本章小節(jié)69-70
• 4 基于敏感性分析的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理最優(yōu)簡(jiǎn)化70-101
• 引言70
• 4.1 復(fù)雜反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)化的提出70-72
• 4.2 復(fù)雜反應(yīng)機(jī)理的簡(jiǎn)化方法介紹72-80
• 4.3 反應(yīng)機(jī)理最優(yōu)簡(jiǎn)化法80-83
• 4.4 基于敏感性分析的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理最優(yōu)簡(jiǎn)化法83-84
• 4.5 基于敏感性分析的H2/02 反應(yīng)機(jī)理最優(yōu)簡(jiǎn)化84-90
• 4.6 基于敏感性分析的甲烷燃燒反應(yīng)機(jī)理最優(yōu)簡(jiǎn)化90-99
• 4.7 本章小節(jié)99-101
• 5 基于自適應(yīng)化學(xué)理論的甲烷燃燒數(shù)值模擬101-136
• 引言101
• 5.1 數(shù)值流體力學(xué)簡(jiǎn)介101-105
• 5.2 自適應(yīng)化學(xué)理論簡(jiǎn)介105-111
• 5.3 甲烷/空氣預(yù)混火焰的相關(guān)試驗(yàn)介紹111-119
• 5.4 自適應(yīng)化學(xué)理論在甲烷/空氣預(yù)混火焰上的應(yīng)用119-135
• 5.5 本章小節(jié)135-136
• 6 輻射離散坐標(biāo)法對(duì)自適應(yīng)化學(xué)理論的完善136-153
• 引言136
• 6.1 輻射傳遞方程求解方法簡(jiǎn)述136-139
• 6.2 輻射模型與自適應(yīng)化學(xué)理論的耦合139-140
• 6.3 在甲烷/空氣預(yù)混燃燒火焰3 上的應(yīng)用140-151
• 6.4 本章小節(jié)151-153
• 7 全文總結(jié)153-156
• 7.1 全文總結(jié)153-155
• 7.2 對(duì)后續(xù)研究的建議155-156
• 致謝156-158
• 參考文獻(xiàn)158-168
• 附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文168-170
• 附錄2 博士期間參與的項(xiàng)目170

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

離子液體的分子模擬與量化計(jì)算    鄭燕升;卓志昊;莫倩;李軍生;

鎳基上CH_4脫氫與超臨界CO_2重整的量化計(jì)算    徐文媛;龍威;杜瑞煥;

微波促進(jìn)β-溴代蘇合香烯的合成及其在有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用    陳紅梅;匡春香;

HOSO+X(X=F,Cl,Br)的反應(yīng)機(jī)理及電子密度拓?fù)浞治?nbsp;   劉群;孟令鵬;鄭世鈞;李曉艷;

輔酶NADH模型物BNAH與活化烯烴在氧氣飽和混合溶劑中的反應(yīng)機(jī)理研究    王玨玉;馮乙巳;

甲醇制汽油技術(shù)進(jìn)展及相關(guān)問(wèn)題探討    王銀斌;臧甲忠;于海斌;

TiB_2合成反應(yīng)機(jī)理的優(yōu)勢(shì)區(qū)相圖分析    馬愛(ài)瓊;蔣明學(xué);

噴淋塔中添加檸檬酸促進(jìn)電石渣煙氣脫硫及其機(jī)理    劉盛余;能子禮超;邱偉;陸成偉;曲兵;徐園園;劉建英;趙俊輝;胡蕓銘;

乙醇醛光解離機(jī)理的理論研究    慈成剛;段雪梅;劉靖堯;孫家鐘;

CHF+O_2反應(yīng)的理論研究(英文)    石從云;楊燕;張嬌;王光輝;

碳二氟基(C_2F)與氣相水的反應(yīng)機(jī)理    王健;丁益宏;孫家鐘;

費(fèi)托合成中CO插入機(jī)理的理論證據(jù)    李宏平;傅鋼;徐昕;

胡椒堿化學(xué)發(fā)光性質(zhì)研究及其測(cè)定    徐兩軍;沈閩聰;許雪琴;陳國(guó)南;

電化學(xué)沉積過(guò)程中氮化碳晶體的枝狀生長(zhǎng)    王建中;于衛(wèi)鋒;田瑀;曹榮根;宋云;寧西京;

焦化原料熱反應(yīng)機(jī)理淺談    王曉麗;商叢叢;肖家治;

若干小體系的反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)研究    張君;蔡政亭;馮大誠(chéng);

F+HONO反應(yīng)機(jī)理的理論研究    耿彩云;李吉來(lái);黃旭日;孫家鐘;

CH_3OCl與Cl(~2P_(3/2))反應(yīng)機(jī)理的量子化學(xué)研究    趙岷;常鷹飛;孫昊;王榮順;

Pd(OAc)_2與有機(jī)雙膦在鹵代烷中的反應(yīng)機(jī)理    韋鳳萍;楊帆;黃永仁;

水熱介質(zhì)pH值對(duì)納米(Ce)ZrO_2晶粒制備的影晌    吳南春;施爾畏;鄭燕青;李文軍;

英研究揭秘人腦對(duì)威脅反應(yīng)機(jī)理    新訊

以“鉛氧”代“鉛酸” 既節(jié)能又環(huán)保    盧躍剛

永凝液對(duì)混凝土耐久性的防護(hù)效果    孫建平 陳蘇

組合發(fā)明的創(chuàng)造性判斷    張漢國(guó)

質(zhì)疑“名家說(shuō)瓷”    阮茂泰

攀鋼焦化廢水處理系統(tǒng)改造結(jié)束    記者 周軍 通訊員 龍海

生物柴油研究課題正在申報(bào)    記者 李宏乾

科學(xué)探索無(wú)盡時(shí)    宋健

化纖產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵是技術(shù)進(jìn)步    仲蓓

名牌之花何以盛開(kāi)    本報(bào)記者 姚耀富通訊員 張強(qiáng)

大氣化學(xué)和燃燒化學(xué)中幾種典型自由基反應(yīng)機(jī)理的理論研究    白洪濤

均相高級(jí)氧化技術(shù)處理水中鄰二氯苯的研究    徐濤

多相光催化氧化過(guò)程中H_2-O_2耦合效應(yīng)及其作用機(jī)理研究    陳亦琳

鐵鎳硼納米合金的合成及性能研究    董國(guó)君

貧燃條件下Fe-Mo/ZSM-5催化劑上氮氧化物的選擇性催化還原研究    李哲

類硅烯硅烯結(jié)構(gòu)和反應(yīng)的理論研究    戚玉華

TiO_2碳熱還原氮化法制備TiN粉末及TiN-Al_2O_3復(fù)合材料研究    于仁紅

臭氧/多相催化氧化去除水中有機(jī)污染物效能與機(jī)理    孫志忠

在線超聲間接電氧化合成苯甲醛及其衍生物的過(guò)程和機(jī)理研究    李彥威

二氧化氯與多環(huán)芳烴污染物的反應(yīng)活性及機(jī)理研究    劉金泉

改性TiO_2光催化2，4-D水溶液反應(yīng)的研究    王哲

添加Ti+Al或Ti_3Al對(duì)TiB_2-Fe金屬陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響    沈明

水相法生產(chǎn)氯化橡膠的研究    徐威力

新型SO_4～（2-）/M_XO_Y固體超強(qiáng)酸催化劑的制備及其催化有機(jī)反應(yīng)研究    李言信

納米合金與有機(jī)氯化物的反應(yīng)性能及機(jī)理研究    茹秀玲

粉煤灰免燒輕集料的制備及其路基強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究    鄒志祥

部分與大氣層中臭氧耗損有關(guān)物質(zhì)與O（～1D）和O（～3P）的反應(yīng)機(jī)理研究    申偉

芳香醛與丙二腈固相反應(yīng)機(jī)理的研究    王海燕

鉀長(zhǎng)石離子交換基礎(chǔ)理論及應(yīng)用研究    胡波

氧，硫原子上親核取代反應(yīng)的理論研究    蓋景剛