[发明专利]基于速率不确定性下的燃烧反应机理简化的方法

说明书

本发明是基于速率不确定性下的燃烧反应机理简化的方法。根据详细反应机理模型对PSR零维均质燃烧器内燃料燃烧过程进行模拟，获得设定条件下的产物浓度、温度变化情况和点火延迟时间的特征参数，采用GDRG方法选择强耦合的组分，通过FAST方法，基于速率不确定性条件下，对燃烧反应机理进行全局敏感性分析，利用最小二乘法对燃烧反应机理速率系数进行优化，使得简化机理精准预测燃烧特性参数，最后应用优化算法对模型进行优化。本发明在保证反应机理完整可靠的前提下，大幅降低数值计算所需的时间。

技术领域

本发明涉及燃烧过程的计算机模拟技术领域，是一种基于速率不确定性下的燃烧反应机理简化的方法。

背景技术

燃料的燃烧为生产和生活中的大多数设备提供动力，碳氢燃料的燃烧在其中所占比例超过60％。随着化石能源的逐渐枯竭与环保要求的日益提高，如何提高燃料的燃烧效率和降低燃烧产生的污染已经成为燃烧领域的当务之急。燃料的燃烧涉及流动，传热与化学反应等多场的耦合，是一个极为复杂的过程。计算机技术的提高为解决燃料燃烧的模拟提供了可能，尤其在燃烧器的设计，燃烧过程的组织以及污染物的控制方面，数值计算所扮演的角色越来越重要。燃料的燃烧过程中涉及到成百上千中间产物与基元反应，数量如此庞大的过程使得整个计算过程的收敛速度极为缓慢，甚至出现不收敛的情况。因此，在计算精度满足要求的情况下，对于某些含量低于设定阈值的中间产物和基元反应则可忽略不计，使得反应的计算过程得到简化，计算时间大大降低。因此，碳氢燃料的燃烧机理的简化成为燃烧领域的重要研究方向。

现阶段，燃烧的机理简化方法主要有两大类：第一种类型则是减少基元反应的数量进行，如SA和PCA方法等，第二类方法则是减少反应动力学模型中的组分，如DRG，PFA和DRGEP等。在反应动力学模型较大的情况下，两种方法一般相互配合使用，即第一阶段先通过筛选组分的方法对模型进行简化，第二阶段则通过与其他手段对冗余的化学反应进行删减，最后达到机理简化的目的。在此处需要注意，无论是基元反应的删减还是中间产物的删减，均需要遵循一定的反应规律，最终得到的简化的反应机理亦是合乎反应规律的。

上述燃烧机理简化的方法虽然可以大幅燃烧反应的机理，但是对于数值计算而言，其简化得到的结果仍然存在两点不足：其一，上述方法得到的简化机理对于特殊情况下，尤其是在发动机中的燃烧情况的适用性并不理想，特别是在大组分的机理应用条件下，其效果较差。其二则是上述反应机理简化的方法均未考虑反映速率系数的不确定性对机理的影响，可能导致不重要的组分和基元反应被强化，而重要的组分和基元反应被弱化。该种情况会严重影响表征燃料燃烧过程中重要的基元反应和主要的反应路径，而且机理简化的幅度越大，则机理的不确定性越高

发明内容

本发明为解决现有问题，提供了一种基于速率不确定性下的燃烧反应机理简化的方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于速率不确定性下的燃烧反应机理简化方法，包括以下步骤：

步骤一：根据详细反应机理模型对PSR零维均质燃烧器内燃料燃烧过程进行模拟，获得设定条件下的产物浓度、温度变化情况和点火延迟时间的特征参数；

步骤二：通过GDRG法对1000个燃烧机理模型进行简化，对所述详细反应机理模型中的非强耦合的组合进行删除；

步骤三：通过FAST方法，在速率不确定性条件下，对燃烧反应机理进行全局敏感性分析，根据FAST方法所得到的各基元反应的敏感性系数，设定敏感系数阈值对基元反应进行删减；

步骤四：利用最小二乘法对燃烧反应机理速率系数进行优化，使得简化机理精准预测燃烧特性参数；

步骤五：通过与燃烧详细反应机理模型对比，将所获得的机理进行数值计算后的到点火延迟时间与燃烧详细反应机理的到的点火延迟时间对比,当误差在要求范围内，则不需调整，当误差大于要求，则对设定的敏感系数阈值进行调整。

优选地，所述步骤二具体为：