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1、稳态一维层流燃烧实验一实验目的一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一。在此火焰中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。 描述一维预混火 焰的方程组是：压力为常数的条件下的质量守衡， 能量守恒，组分守恒以及理想 气体状态方程。虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间 的关系，但不能唯一确定层流火焰速度，其准确解只有通过数值积分才能获得。本实验考察层流火焰的传播速度以及与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及未燃气体的温度的关系。二实验方法采用 Chemkin 自带的实例 flame_speed_freely_pripagating.ckprj （甲
2、烷-空气 火焰传播速度）。模拟绝热、大气压力、自由传播、化学当量混合甲烷-空气预混 合燃烧火焰的传播速度。模拟计算中不考虑NOx形成，仅采用甲烷-空气骨架燃烧机理。火焰用详细轴向温度分布做定温计算。设置火焰温度（在入口温度到峰 值温度间），通过调节反应器内部的计算区域，来获得预热到反应完整过程，保 证初始温度变化曲线足够平坦（温度梯度为0）,计算报表反馈火焰传播速度。三实验步骤启动 Ckemkin点击 Open Project双击 samples单击 flame_speed_freely_propagating.ckprj单击Select按钮双击左侧浏览器中的 Pre-Processing选项
3、在弹出的新窗口中，点击 Run Pre-Processon按钮，View Results.按钮可用；左侧浏览器中出现Run Model选项（可选）点击View Results.按钮，可查看甲烷的气相反应机理和气相传递 数据。双击右侧浏览器中的 Run Model 选项，出现 RunModel（flame_speed_freely_propagating）窗口。点击 Create Input File 按钮，Run Model 按钮可用。点击Run Model按钮，计算甲烷-空气层流燃烧。四查看和分析实验结果1）查看实验结果打开工作目录下的 flame_speed_freely_propagat
4、ing.out文件，编辑/查找，在查找对话框内输入“cm/s”，查找该文件中最后一个速度栏。在该栏下的第 一个数值就是层流火焰的传播速度，为 41.01cm/s.点击 Run Model 窗口中的 Run Post Processor按钮,弹出 Select Results toImport to Plotting Package 窗 口。点击Solution Sets选项卡，选择最后一个计算结果：Solution_variables_vs_distance_for_Soln_No_3点击Species/Variables选项卡，首先点击None按钮，清除所有被选中的选项，然后选择所需查看的参
5、数，点击 OK按钮显示二维曲线图 压力 pressure-distance 曲线白卜5川N Soiuiign图1压力-距离曲线2）温度 temperature-distance 曲线图2温度-距离曲线3）净反应速率 net_reaction_rate-distance 曲线BE后'脸专上 EI.询 w%rzcd L3U H 及图3净反应速率-距离曲线轴向速度 Axial_velocity-distance 曲线网 2Q24»10图4轴向速度-距离曲线甲烷摩尔分数 Mole_franction_CH4-distance曲线图5甲烷摩尔分数-距离曲线 其它参数随距离变化的曲线2）
6、改变初始条件，观察层流火焰传播速度对于自由传播火焰问题，在两个不同面板输入新鲜气体混合物的性质。未然operty Data选项卡中定义，如图7所示。甲烷-空气混合物的组分在R1_IN面板Species-specific Property选项卡中定义，如图6所示。初始假设的质量流率在Stream PrI < VMM厢.JJ耳目卒|时| P"| 口 *CMnPraMiii式4Irl.Iih * Wnvtrtr L 1111t1<w*Ft口箍QfH 3GMP*41）晔衅Mf CIlHlBri蛮尸肝啾,刍眸*R1JN1 totfliCutput： 口刑 nWI图6未然混合物组分定
7、义£ CULIEJMp 23， i 11 HI4>ui |2t 电PhUGiI £ VmHfito"I：，川二川引画制s|d|Whta,图7质量流率定义温度参数在 C1_R1 Flame Speed 面板的 Reactor Physical Properties 选项卡中，如图8所示。在图8的面板中也定义压力参数。图8反应器物理性质 在R1_IN面板Species-specfic Property 选项卡中，将反应物组分按表1输入,其它参数不变，重新计算。对应的层流火焰速度 =42.03cm/sSpeciesReactant FractionO20.189N
8、20.711CH40.1在R1_IN面板Stream Property Data选项卡中改变混合气体的质量流率，计算火焰传播速度3）在 C1_R1 Flame Speed面板的 Reactor Physical Properties 选项卡中，改变压 力，计算火焰传播速度 在 C1_R1 Flame Speed面板的 Reactor Physical Properties 选项卡中，改变温 度，计算火焰传播速度五实验报告内容1绘制层流火焰传播速度随混合气当量比的变化曲线。要求：首先根据当量比（摩尔比）的定义计算出给定当量比下各组分的质量，并 填入表1中，然后再用Chemkin软件计算压力为1a
9、tm、温度为400K下，不同 空燃比的甲烷预混合气的层流火焰传播速度， 并将计算结果填入表中，使其完整。 最后用Excel绘制横坐标是当量比，纵坐标是火焰传播速度的曲线。表1不同当量比甲烷预混合气的层流火焰传播速度当量0.050.080.10.120.15比组分O2N2Ch4O2N2Ch4O2N2Ch4O2N2Ch4O2N2Ch40.1980.7440.0580.1920.7220.0860.1870.7030.110.1820.6840.1340.1760.6620.162火焰速度cm/s11.0435.9040.5436.3636.902绘制层流火焰传播速度随混合气初始温度的变化曲线（用Excel绘制曲线）温度K350400450500550600火焰传播速度cm/s43.2442.0341.7741.9042.5243.03火焰传播速度cm/s