燃燒機(jī)理構(gòu)建的極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)方法: C2燃料燃燒

申屠江濤， 李宜蔚， 陸彥戎， 李娟琴，2， 毛業(yè)兵， 李象遠(yuǎn)，2

（1. 四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院, 2. 空天動(dòng)力燃燒與冷卻教育部工程研究中心,3. 機(jī)械工程學(xué)院, 成都 610065）

目前， C2燃料在燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究中占據(jù)著重要的位置， 一方面， C2燃料在實(shí)際燃燒裝置中已經(jīng)有了較多的應(yīng)用［1～3］， 另一方面， 作為小分子產(chǎn)物， 它們的燃燒機(jī)理往往包含在大分子燃料的燃燒動(dòng)力學(xué)研究中， 起到重要的支撐作用. 近年來(lái)， C2燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理的構(gòu)建取得了很大進(jìn)展， 極大地豐富了燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論， 但現(xiàn)有的C2燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理仍存在一系列問(wèn)題.

首先， 現(xiàn)有的C2燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理規(guī)模龐大， 已超出現(xiàn)有的計(jì)算能力， 不適于工程應(yīng)用. 近年來(lái)，量子化學(xué)理論和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的發(fā)展推動(dòng)了詳細(xì)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和反應(yīng)參數(shù)的精確計(jì)算. 為了提高動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性， 研究人員試圖擴(kuò)大機(jī)理規(guī)模， 以便將所有可能的反應(yīng)途徑納入詳細(xì)機(jī)理［4］. 其中， C2燃料燃燒機(jī)理往往以核心機(jī)理的形式出現(xiàn)， 一般包含了C0～C4比較常見(jiàn)的燃料和物種， 現(xiàn)應(yīng)用較為廣泛的有NUIG1.3（National University of Ireland， Galway）［4］， AramcoMech3.0［5］， UCSD（University of California， San Diego）［6］和USC-II（University of Southern California）［7］等機(jī)理. 也有針對(duì)特定C2燃料組分開(kāi)發(fā)的機(jī)理， 如Yang等［8］提出的乙烯機(jī)理， 但往往由于考慮了較為詳細(xì)的反應(yīng)路徑從而包含較多C2及以上的物種， 與核心機(jī)理的界限比較模糊. 燃燒機(jī)理發(fā)展的最終目標(biāo)仍然是與流場(chǎng)耦合進(jìn)行數(shù)值計(jì)算［9］. 由于計(jì)算能力的限制， 燃燒流場(chǎng)的模擬要求動(dòng)力學(xué)機(jī)理盡可能簡(jiǎn)潔， 因此， 不斷擴(kuò)大的詳細(xì)機(jī)理規(guī)模與實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)之間的矛盾變得更加嚴(yán)重.

為了適應(yīng)現(xiàn)有計(jì)算能力， 研究人員試圖構(gòu)建C2燃料的小尺寸燃燒反應(yīng)機(jī)理. 反應(yīng)形式上最為簡(jiǎn)約的是總包機(jī)理， 比較常見(jiàn)的有數(shù)值模擬軟件Fluent自帶的總包機(jī)理［10］， 采用燃料和氧氣直接反應(yīng)生成二氧化碳和水的總包反應(yīng)， 采取了不可逆形式， 并且對(duì)一些物種限定了反應(yīng)級(jí)數(shù). 此外， 也有采用半總包形式的燃燒機(jī)理， 如Singh等［11］提出的乙烯機(jī)理， 首先， 乙烯和氧氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣， 一氧化碳和氫氣再進(jìn)行后續(xù)的反應(yīng)， 該機(jī)理總共包含9個(gè)物種10個(gè)反應(yīng). 以總包機(jī)理和半總包機(jī)理為代表的小尺寸機(jī)理雖然具有精簡(jiǎn)的反應(yīng)過(guò)程， 但往往沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的動(dòng)力學(xué)驗(yàn)證， 并且對(duì)于燃燒過(guò)程中間物種化學(xué)信息的描述能力有所欠缺. 機(jī)理簡(jiǎn)化是一種普遍認(rèn)可的降低機(jī)理尺度的方式， 其思路是針對(duì)目標(biāo)燃料和工況， 通過(guò)特定計(jì)算保留重要的反應(yīng)通道. 對(duì)于C2燃料， 比較成功的有將NUIG1.1詳細(xì)機(jī)理簡(jiǎn)化后得到的骨架機(jī)理［12］. 骨架機(jī)理在一定程度上滿(mǎn)足了計(jì)算能力的需求， 但基于數(shù)學(xué)處理的簡(jiǎn)化過(guò)程會(huì)導(dǎo)致機(jī)理保真度和物理圖像的損失， 而且對(duì)簡(jiǎn)化方法和工況選擇以及詳細(xì)機(jī)理參數(shù)的依賴(lài)又使得骨架機(jī)理因人而異， 燃燒機(jī)理的普適性和科學(xué)性得不到保證.

目前， C2燃料機(jī)理的另一個(gè)特征是大量采用不可逆反應(yīng)， 包括Fluent總包機(jī)理以及其它一些典型機(jī)理［13］. 不可逆反應(yīng)意味著當(dāng)反應(yīng)在反應(yīng)物和產(chǎn)物達(dá)到理論上的化學(xué)平衡時(shí)， 仍然會(huì)向著熱力學(xué)反自發(fā)過(guò)程進(jìn)行， 這顯然不符合熱力學(xué)的基本原理. 如， 大量裂解反應(yīng)， 在低溫下平衡常數(shù)很小， 平衡轉(zhuǎn)化率很低， 但如按單向反應(yīng)處理， 意味著即使在很低的溫度下， 穩(wěn)定燃料分子最后仍會(huì)全部變?yōu)榱呀猱a(chǎn)物， 這樣的處理降低了燃燒機(jī)理的科學(xué)性， 在一些較為極端的工況下其結(jié)果必然也會(huì)產(chǎn)生很大偏差.

此外， 在動(dòng)力學(xué)參數(shù)的表達(dá)形式上， 目前， C2燃料反應(yīng)機(jī)理中通常采用如下所示的（A，n，E）三參數(shù)Arrhenius方程：

式中：A為指前因子（一級(jí)反應(yīng)s-1， 二級(jí)反應(yīng)cm3·mol-1·s-1， 三級(jí)反應(yīng)cm6·mol-2·s-1）；T（K）為開(kāi)氏溫度；n為溫度指數(shù)；k為速率常數(shù)（一級(jí)反應(yīng)s-1， 二級(jí)反應(yīng)cm3·mol-1·s-1， 三級(jí)反應(yīng)cm6·mol-2·s-1）；E（J/mol）為活化能項(xiàng)；R（8.314 J·mol-1·K-1）為普適氣體常數(shù). 使用該表達(dá)式時(shí)， 由同一組速率常數(shù)（k～T）擬合得到的（A，n，E）參數(shù)并不是唯一的［14］， 這導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)參數(shù)呈現(xiàn)個(gè)性化特征以及溫度區(qū)間外推趨勢(shì)不唯一的現(xiàn)象， 外推到高溫區(qū)（難有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)）將可能導(dǎo)致k值大的偏差；n取值的大范圍（從正到負(fù)）變化，使得A，E參數(shù)不再具有物理意義， 反應(yīng)勢(shì)壘等微觀動(dòng)力學(xué)圖像消失， 很難根據(jù)反應(yīng)類(lèi)型直觀地判斷參數(shù)（A，n，E）的合理性.

本文針對(duì)以上問(wèn)題， 通過(guò)前期提出的極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)方法［15，16］， 構(gòu)建了包括乙烯、 乙烷以及乙醇等C2燃料的燃燒反應(yīng)機(jī)理， 并通過(guò)文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證.

1 燃燒反應(yīng)機(jī)理構(gòu)建

1.1 極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法

極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)方法的建模流程如Scheme 1 所示. 首先， 根據(jù)機(jī)理構(gòu)建的化學(xué)分辨率需求確定物種， 再確定機(jī)理獨(dú)立反應(yīng)數(shù)， 并構(gòu)建極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)， 進(jìn)而優(yōu)化確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)形成最終的機(jī)理. 四川大學(xué)開(kāi)發(fā)的燃燒動(dòng)力學(xué)平臺(tái)包含的燃燒化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)CCData（Combustion chemistry data）［17］為物種的參數(shù)和機(jī)理的優(yōu)化提供了參考數(shù)據(jù)支持. 該方法在機(jī)理構(gòu)建這一源頭上控制物種數(shù)和反應(yīng)數(shù)， 無(wú)需通過(guò)機(jī)理簡(jiǎn)化， 直接構(gòu)建小尺度機(jī)理. 同時(shí)該方法構(gòu)建全部采用可逆反應(yīng)， 動(dòng)力學(xué)參數(shù)采用雙參數(shù)的表達(dá)形式， 增強(qiáng)了機(jī)理的科學(xué)性.

Scheme 1 Modeling flowchart of minimized reaction network methodCKL-C2 mechanism: combustion kinetic mechanism for C2 fuels with minimized reaction network developed in this work.

1.1.1 確定動(dòng)力學(xué)模型分辨率 根據(jù)機(jī)理構(gòu)建需求和大多數(shù)湍流燃燒模擬工程應(yīng)用對(duì)物種數(shù)的限制，在反應(yīng)體系中選擇合適的化學(xué)反應(yīng)物種， 確定機(jī)理分辨率（用物種數(shù)L表示）. 為了限制物種數(shù)， 優(yōu)先排除C2以上的雙自由基高活性物種和流場(chǎng)測(cè)量中難以表征的物種.

1.1.2 確定機(jī)理獨(dú)立反應(yīng)數(shù)和構(gòu)建極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)化學(xué)勢(shì)判據(jù)， 反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)， 各組分化學(xué)勢(shì)滿(mǎn)足：

式中：Ai，B為物種B的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)，μB為物種B的化學(xué)勢(shì). 對(duì)已有的詳細(xì)機(jī)理， 將體系達(dá)到同時(shí)平衡時(shí)的化學(xué)勢(shì)關(guān)系表達(dá)為齊次方程組：

式中：A為反應(yīng)計(jì)量系數(shù)矩陣；μ為化學(xué)勢(shì)列矩陣. 采用初等行變換獲得A矩陣的秩RA， 即為該機(jī)理的獨(dú)立反應(yīng)方程數(shù). 實(shí)際上， 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)還可通過(guò)下式獲得：

式中：M為原子矩陣的秩， 一般對(duì)于燃燒機(jī)理，M即為原子種類(lèi)數(shù).

確定描述復(fù)雜燃燒反應(yīng)體系化學(xué)平衡狀態(tài)所需的最小化學(xué)反應(yīng)數(shù)目即獨(dú)立反應(yīng)數(shù). 獨(dú)立反應(yīng)中的物種濃度在不同條件下隨時(shí)間的演變一般采用質(zhì)量作用定律進(jìn)行計(jì)算. 理論上， 一個(gè)燃燒體系的動(dòng)力學(xué)過(guò)程可使用它的RA個(gè)獨(dú)立反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率參數(shù)來(lái)獲得. 但是， 由于有些獨(dú)立反應(yīng)可能不是基元反應(yīng)從而缺乏動(dòng)力學(xué)參數(shù)， 需要用已知?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)的可逆反應(yīng)來(lái)組合替代這些獨(dú)立反應(yīng)， 這樣會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)數(shù)目適當(dāng)增加.

1.1.3 通過(guò)機(jī)理整體優(yōu)化確定動(dòng)力學(xué)參數(shù) 不同于目前燃燒機(jī)理反應(yīng)速率參數(shù)普遍使用的式（1）， 該方法堅(jiān)持采用下式所示的經(jīng)典Arrhenius雙參數(shù)形式：

如此處理還原了活化能Ea的物理意義， 同時(shí)避免了三參數(shù)公式擬合不當(dāng)帶來(lái)的問(wèn)題， 并且壓縮了參數(shù)變量的數(shù)目. 反應(yīng)采用的初始動(dòng)力學(xué)參數(shù)參考四川大學(xué)開(kāi)發(fā)的燃燒動(dòng)力學(xué)平臺(tái)［17］， 最后通過(guò)對(duì)標(biāo)目標(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)理驗(yàn)證和參數(shù)的適當(dāng)優(yōu)化， 得到最終的目標(biāo)燃料機(jī)理.

1.2 C2燃燒機(jī)理的構(gòu)建

選取的主要燃料分子為C2H4， C2H6和C2H5OH. 為了從機(jī)理構(gòu)建源頭上控制機(jī)理規(guī)模， 構(gòu)建的C2機(jī)理同樣針對(duì)單組分燃料基于層級(jí)構(gòu)建方法以模塊化的方式進(jìn)行構(gòu)建， 并對(duì)所有涉及的反應(yīng)在形式上進(jìn)行了反應(yīng)方向的規(guī)范， 以便于針對(duì)特定燃料進(jìn)行機(jī)理抽取. 構(gòu)建的C2機(jī)理所包含的主要燃料以及主要物種關(guān)系如Scheme 2 所示， C0-C1模塊采用前期極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建的C0-C1機(jī)理［15，16］. 構(gòu)建的機(jī)理涉及到的物種熱力學(xué)參數(shù)和輸運(yùn)參數(shù)來(lái)自于具有較高可靠性的AramcoMech3.0 機(jī)理［5］， 各單組分燃燒反應(yīng)機(jī)理文件均可通過(guò)補(bǔ)充資料或四川大學(xué)開(kāi)發(fā)的燃燒動(dòng)力學(xué)平臺(tái)［17］獲得.

Scheme 2 Main relationship of species for the C2 mechanism

1.2.1 乙烯機(jī)理構(gòu)建 構(gòu)建機(jī)理時(shí)， 考慮C2H3等必需中間物種的同時(shí)保證所有物種盡快進(jìn)入已有的C0-C1機(jī)理， 增加了C2H4， C2H3， C2H2和C2H 這4 個(gè)物種. 由于所采用的物種均由C， H 和O 3 種原子組成， 因此， 只需要選定3個(gè)合適的初始物種， 并保證其它物種均能由這3個(gè)起始物種生成. 對(duì)乙烯燃料燃燒， 將C2H4， O2和H2作為獨(dú)立反應(yīng)的初始物種是合適的， 因此， 可得到由該3個(gè)物種和其它物種的化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣關(guān)系（表1）.

Table 1 Independent reactions of C2H4, O2, H2 as initial components

矩陣中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)所代表的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式如下式所示， 這樣就得到包含該16個(gè)物種化學(xué)平衡體系的13個(gè)獨(dú)立反應(yīng)：

理論上， 在當(dāng)前采用的物種框架內(nèi)， C2H4燃料燃燒從初始狀態(tài)到最終達(dá)到體系平衡的動(dòng)力學(xué)過(guò)程可以通過(guò)這些獨(dú)立反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率進(jìn)行描述. 如果所有獨(dú)立反應(yīng)的速率常數(shù)已知， 用這些獨(dú)立反應(yīng)來(lái)形成C2H4燃燒機(jī)理已經(jīng)足夠. 然而， 由于部分獨(dú)立反應(yīng)不是基元反應(yīng)， 需要用速率常數(shù)已知的反應(yīng)來(lái)組合以及替代這些缺乏速率常數(shù)的獨(dú)立反應(yīng)， 這樣的處理會(huì)適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)理的尺度. 由于涉及到已有的C0-C1機(jī)理模塊包含的物種和反應(yīng)， 在對(duì)總包反應(yīng)進(jìn)行處理時(shí)， 不再對(duì)該模塊的物種和反應(yīng)進(jìn)行調(diào)整. 問(wèn)題實(shí)際上變成對(duì)于包含新增物種的總包反應(yīng)的處理， 這樣也符合層級(jí)構(gòu)建方法和模塊化構(gòu)建方式的思路. 經(jīng)過(guò)合適的篩選和調(diào)整， 最終的C2H4機(jī)理具有16 個(gè)物種和24 個(gè)反應(yīng)（不包含N2， Ar，He）， 相較包含的C0-C1機(jī)理模塊， 只新增了4個(gè)物種10個(gè)反應(yīng)（表2）. 在C2H4機(jī)理針對(duì)實(shí)驗(yàn)工況的動(dòng)力學(xué)模擬中， 只對(duì)該部分新增的反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化， 以保證其它模塊涉及的物種和反應(yīng)不同單組分機(jī)理中具有固定性.

Table 2 Added reactions with kinetic parameters of C2H4 module

1.2.2 乙烷機(jī)理構(gòu)建 與乙烯燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理的構(gòu)建方式相同， C2H6考慮在C2H4的基礎(chǔ)上增加新物種進(jìn)行銜接， 新增物種為C2H6和C2H5. 由于考慮了C2H6裂解生成兩個(gè)CH3的反應(yīng)， 而在C1機(jī)理中， CH3通過(guò)生成CH2進(jìn)行消耗， 因此， 在C2H6最終的機(jī)理抽取結(jié)果中相比C2H4機(jī)理增加了C2H6， C2H5， CH3和CH2這4個(gè)物種. C2H6機(jī)理共包含20個(gè)物種（N2， Ar， He除外）， 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為17. 所構(gòu)建的C2H6機(jī)理包含33個(gè)反應(yīng)， 相較C2H4機(jī)理共增加4個(gè)物種9個(gè)反應(yīng)， 其中涉及C2的物種為2個(gè)， 反應(yīng)為6個(gè)， 如表3所示.

Table 3 Added reactions with kinetic parameters of C2H6 module

1.2.3 乙醇機(jī)理構(gòu)建 構(gòu)建的乙醇燃燒機(jī)理在C0-C1機(jī)理基礎(chǔ)上增加了C2H5OH， CH3CHOH， CH3CHO，CH3CO和CH2CO這5個(gè)物種. 所構(gòu)建的C2H5OH機(jī)理共20個(gè)物種（不包含N2， Ar和He）， 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為17. 最終得到的C2H5OH機(jī)理共包含28個(gè)反應(yīng)， 相對(duì)于C0-C1機(jī)理新增的10個(gè)C2反應(yīng)如表S1（見(jiàn)本文支持信息）所示.

上述構(gòu)建的乙烯、 乙烷和乙醇燃燒機(jī)理包含的物種數(shù)和反應(yīng)數(shù)與NUIG1.1 簡(jiǎn)化骨架機(jī)理［12］的物種數(shù)和反應(yīng)數(shù)的對(duì)比列于表4， 可知， 采用極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建的CKL 機(jī)理尺寸已經(jīng)大幅度降低.

Table 4 Comparison of reactions and species(containing N2, Ar, He) of NUIG and CKL1.0 mechanisms*

2 燃燒反應(yīng)機(jī)理驗(yàn)證

所構(gòu)建的機(jī)理主要針對(duì)絕熱火焰溫度、 點(diǎn)火延遲時(shí)間和層流火焰速度等燃料宏觀燃燒指標(biāo)進(jìn)行了驗(yàn)證， 將模擬結(jié)果與AramcoMech3.0［5］， UCSD［6］和USC-II［7］等詳細(xì)機(jī)理的結(jié)果進(jìn)行了比較， 同時(shí)也與NUIG1.1簡(jiǎn)化骨架機(jī)理［12］和Fluent總包機(jī)理［10］等小尺寸機(jī)理進(jìn)行了對(duì)比， 此外， 針對(duì)乙烯燃料還考察了Singh等［11］的半總包機(jī)理的模擬結(jié)果（Quasi-global C2H4）. 所有的計(jì)算模擬工作均采用Chemkin-Pro軟件［18］完成， 絕熱火焰溫度使用化學(xué)平衡模擬器， 點(diǎn)火延遲時(shí)間使用零維封閉均相反應(yīng)器， 層流火焰速度使用預(yù)混層流火焰速度計(jì)算模塊.

2.1 絕熱火焰溫度

絕熱火焰溫度反映了燃料在絕熱條件下實(shí)現(xiàn)充分燃燒時(shí)得到的混合物所能達(dá)到的溫度， 是衡量燃燒反應(yīng)機(jī)理可靠性的一個(gè)基本指標(biāo). 絕熱火焰溫度要求燃燒反應(yīng)機(jī)理具有合適的物種選擇以及準(zhǔn)確的熱力學(xué)數(shù)據(jù). 將所構(gòu)建的機(jī)理與其它機(jī)理的絕熱火焰溫度模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比. 不同燃燒反應(yīng)機(jī)理在初態(tài)（p0=1×105Pa，T0=298 K）、 燃料與空氣（79%N2+21%O2）混合物條件下的定壓絕熱火焰溫度如圖1所示. 由圖1（A）， （C）和（E）可知， C2燃料機(jī)理的模擬結(jié)果在0.5～2.0的當(dāng)量比（?，燃料燃燒時(shí)， 完全燃燒所需要的氧化劑量與實(shí)際供給的氧化劑量之比）范圍內(nèi)和AramcoMech3.0， USC-II， UCSD 等詳細(xì)機(jī)理的結(jié)果基本相同， 說(shuō)明構(gòu)建的機(jī)理具有較好的絕熱火焰溫度預(yù)測(cè)能力.

Fig.1 Adiabatic flame temperatures of different mechanisms at p0=1×105 Pa and T0=298 K（A， C， E） Detailed mechanisms； （B， D， F） small-scale mechanisms； （A， B） C2H4； （C， D） C2H6； （E， F） C2H5OH.

Fig.1（B），（D）和（F）展示了所構(gòu)建的機(jī)理與其它具有較少物種數(shù)的燃燒機(jī)理比較的結(jié)果.圖1（B）， （D）和（F）包含了NUIG1.1 簡(jiǎn)化后骨架機(jī)理（Skeletal-NUIG）的結(jié)果， 其物種數(shù)和反應(yīng)數(shù)見(jiàn)表4. 圖1（B）和（D）包含了Fluent總包機(jī)理［10］（Fluent-mech）的結(jié)果. 圖1（B）包含了Singh等［11］提出的半總包乙烯機(jī)理（Quasi-global C2H4）的結(jié)果. 不同燃料機(jī)理和NUIG1.1 骨架機(jī)理符合程度較好， 此外，Singh 等［11］提出的半總包乙烯機(jī)理同樣與所構(gòu)建的機(jī)理和NUIG1.1 骨架機(jī)理的絕熱火焰溫度基本相同. 而對(duì)于Fluent總包機(jī)理， 絕熱火焰溫度則在當(dāng)量比大于0.8的時(shí)候要高于其它機(jī)理， 可以認(rèn)為這是總包機(jī)理采用了單向反應(yīng)形式， 同時(shí)忽略了中間物種， 化學(xué)平衡移動(dòng)比較充分導(dǎo)致燃料燃燒釋放熱量較大、 溫度提升較高的結(jié)果.

2.2 點(diǎn)火延遲時(shí)間

2.2.1 乙烯點(diǎn)火延遲時(shí)間 將所構(gòu)建的C2H4機(jī)理在不同工況下的點(diǎn)火延遲時(shí)間和實(shí)驗(yàn)值［8，19］以及其它機(jī)理進(jìn)行了比較， 其中， 當(dāng)量比為1和3的結(jié)果分別包含在圖2和圖3中， 當(dāng)量比為0.5的結(jié)果包含在圖S1和圖S2（見(jiàn)本文支持信息）中.

Fig.2 Ignition delay times of C2H4 mechanism in this work compared with detailed scale mechanisms and experimental data（A） ?=1， p=2.13×105 Pa， molar ratio of C2H4/O2/Ar=1.75/5.25/93； （B） ?=1， p=9.31×105 Pa， molar ratio of C2H4/O2/Ar=1.75/5.25/93； （C） ?=3， p=2.19×105 Pa， molar ratio of C2H4/O2/Ar=3.5/3.5/93； （D） ?=3， p=9.84×105 Pa， molar ratio of C2H4/O2/Ar=3.5/3.5/93； （E） ?=3， p=18.2×105 Pa， molar ratio of C2H4/O2/Ar=3.5/3.5/93.

AramcoMech3.0， USC-II 和UCSD 等詳細(xì)機(jī)理在當(dāng)量比為1 時(shí)與實(shí)驗(yàn)值較為接近［圖2（A）和（B）］.由圖2（C）， （D）和（E）可見(jiàn)， 幾個(gè)核心機(jī)理在當(dāng)量比為3 的模擬工況下有不同的結(jié)果， 當(dāng)初始?jí)毫?.19×105Pa時(shí)， 幾個(gè)核心機(jī)理在初始溫度較低時(shí)與實(shí)驗(yàn)值符合較好， UCSD機(jī)理在初始溫度較高時(shí)略小于實(shí)驗(yàn)值， 此時(shí)AramcoMech3.0 和USC-II 機(jī)理則略大于實(shí)驗(yàn)值； 在初始?jí)毫Ω叩?.84×105和18.2×105Pa時(shí)， 幾個(gè)核心機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間都表現(xiàn)出略小于實(shí)驗(yàn)值. 如圖3（A）和（B）所示， 半總包乙烯機(jī)理在當(dāng)量比為1， 初始?jí)毫?.13×105Pa時(shí)的點(diǎn)火延遲時(shí)間明顯大于實(shí)驗(yàn)值， 而在壓力升高后的9.31×105Pa時(shí)， 模擬值和實(shí)驗(yàn)值的差別減少. 由圖3（C）， （D）和（E）可見(jiàn)， 該機(jī)理在當(dāng)量比為3的工況下出現(xiàn)了類(lèi)似趨勢(shì)， 點(diǎn)火延遲時(shí)間模擬值在初始?jí)毫?.19×105Pa時(shí)總體大于實(shí)驗(yàn)值， 在初始?jí)毫?8.2×105Pa時(shí)變成總體小于實(shí)驗(yàn)值， 明顯地表現(xiàn)出隨著壓力的升高， 該機(jī)理點(diǎn)火延遲時(shí)間模擬值變化的幅度要大于實(shí)驗(yàn)值的變化幅度. 模擬結(jié)果說(shuō)明， 該機(jī)理并不能很好捕捉點(diǎn)火延遲時(shí)間隨初始?jí)毫ψ兓内厔?shì). 由圖3可見(jiàn)， Fluent總包機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間總體上要小于實(shí)驗(yàn)值和其它機(jī)理， 僅在初始?jí)毫^低（2.19×105Pa）且初始溫度較高時(shí)和實(shí)驗(yàn)值較為接近. 對(duì)于所構(gòu)建的C2H4機(jī)理， 在當(dāng)量比為1和3的工況下， 當(dāng)初始溫度較低的時(shí)候， 點(diǎn)火延遲時(shí)間的模擬值和實(shí)驗(yàn)值較為接近； 當(dāng)初始溫度較高的時(shí)候， 點(diǎn)火延遲時(shí)間則傾向于小于實(shí)驗(yàn)值. 所構(gòu)建的C2H4機(jī)理總體上與其它詳細(xì)機(jī)理以及NUIG骨架機(jī)理較為接近， 與半總包乙烯機(jī)理和Fluent總包機(jī)理則有比較明顯的差別.

Fig.S1和圖S2包含了乙烯燃料和空氣混合物在當(dāng)量比為0.5、 不同初始?jí)毫r(shí)的點(diǎn)火延遲時(shí)間. 對(duì)于詳細(xì)機(jī)理， 在初始?jí)毫^高（10×105Pa）時(shí)， 幾個(gè)詳細(xì)機(jī)理沒(méi)有明顯的區(qū)別. 在初始?jí)毫^低（1×105Pa）時(shí)， 幾個(gè)詳細(xì)機(jī)理表現(xiàn)出了不同的結(jié)果， 其中USC-II機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間明顯大于實(shí)驗(yàn)值， UCSD機(jī)理與實(shí)驗(yàn)值最為接近. 圖S1（C）包含了初始溫度小于1000 K時(shí)的中低溫點(diǎn)火延遲時(shí)間數(shù)據(jù)， 幾個(gè)核心機(jī)理在這段溫度區(qū)間內(nèi)都高估了點(diǎn)火延遲時(shí)間， 說(shuō)明這些機(jī)理在該工況下存在反應(yīng)通道缺失的情況. Yang等［8］的乙烯詳細(xì)機(jī)理對(duì)這一部分的機(jī)理反應(yīng)通道進(jìn)行了完善， 得到了較好的結(jié)果. NUIG骨架機(jī)理在當(dāng)量比為0.5時(shí)的總體表現(xiàn)要好于所構(gòu)建的C2H4機(jī)理， 在不同壓力下都較好地預(yù)測(cè)了實(shí)驗(yàn)值的變化， 僅在初始?jí)毫?0×105Pa的低溫區(qū)間內(nèi)高估了實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 半總包乙烯機(jī)理在初始?jí)毫?×105Pa時(shí)的點(diǎn)火延遲時(shí)間大幅度大于實(shí)驗(yàn)值， 在初始?jí)毫?×105Pa時(shí)點(diǎn)火延遲時(shí)間線(xiàn)條斜率和實(shí)驗(yàn)值與其它機(jī)理存在不同， 在初始?jí)毫?0×105Pa的低溫時(shí)和實(shí)驗(yàn)值較為符合， 在中溫時(shí)則小于實(shí)驗(yàn)值. 對(duì)于所構(gòu)建的C2H4機(jī)理， 在初始?jí)毫?×105Pa 時(shí)的點(diǎn)火延遲時(shí)間模擬結(jié)果在USC-II 機(jī)理和Aramco-Mech3.0機(jī)理之間， 在初始?jí)毫?×105Pa時(shí)和實(shí)驗(yàn)值符合較好， 在初始?jí)毫?0×105Pa時(shí)的中低溫區(qū)間內(nèi)慢于其它詳細(xì)機(jī)理. 由于低溫反應(yīng)途徑不是所構(gòu)建機(jī)理重點(diǎn)考慮的部分， 不存在C2的低溫物種和反應(yīng)通道， 因此對(duì)于該部分的點(diǎn)火延遲時(shí)間預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度不足.

2.2.2 乙烷點(diǎn)火延遲時(shí)間 將所構(gòu)建的C2H6機(jī)理在不同工況下的點(diǎn)火延遲時(shí)間和實(shí)驗(yàn)值［20，21］以及其它機(jī)理進(jìn)行了比較.

Fig.4 和圖S3（見(jiàn)本文支持信息）包含了本文構(gòu)建的C2H6機(jī)理與AramcoMech3.0， USC-II 和UCSD等詳細(xì)機(jī)理的對(duì)比結(jié)果. AramcoMech3.0 機(jī)理和UCSD 機(jī)理的結(jié)果相對(duì)于USC-II 機(jī)理更為相近. 在當(dāng)量比為0.5和1時(shí)， USC-II機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間總體上小于其它機(jī)理， 且在當(dāng)量比為0.5時(shí)， USC-II機(jī)理模擬結(jié)果與其它詳細(xì)機(jī)理的差別更為明顯. 圖S4 和圖S5（見(jiàn)本文支持信息）包含了所構(gòu)建的C2H6機(jī)理和NUIG骨架機(jī)理、 Fluent總包機(jī)理等小尺寸機(jī)理的對(duì)比結(jié)果. NUIG骨架機(jī)理總體上與實(shí)驗(yàn)值符合較好， 而Fluent 總包機(jī)理在當(dāng)量比為1 和2 時(shí)要小于實(shí)驗(yàn)值， 并且在溫度越低時(shí)， 這一差別越明顯.

Fig.4 Ignition delay times of C2H6 mechanism in this work compared with detailed mechanisms and experimental data（A） ?=1， p=1.2×105 Pa， C2H6/O2/Ar=1.13/3.96/94.9； （B） ?=1， p=4×105 Pa， C2H6/O2/Ar=1.13/3.96/94.9； （C） ?=1，p=16×105 Pa， C2H6/O2/Ar=1.13/3.96/94.9.

所構(gòu)建的C2H6機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間總體表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)值以及其它機(jī)理的結(jié)果比較接近. 在當(dāng)量比為0.5， 初始?jí)毫? MPa， 所構(gòu)建的C2H6機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間模擬值要小于實(shí)驗(yàn)值. 在當(dāng)前工況下， 在初始溫度高于1150 K（1000 K /T=0.87）， 所構(gòu)建的C2H6機(jī)理的結(jié)果要優(yōu)于USC-II 機(jī)理， 而在初始溫度低于1150 K時(shí)， USC-II機(jī)理更接近實(shí)驗(yàn)值. 在當(dāng)量比為2， 初始?jí)毫?.12和0.5 MPa時(shí)， 點(diǎn)火延遲時(shí)間最高的初始溫度較高， 達(dá)到了1600 K以上， 此時(shí)， 所構(gòu)建的C2H6機(jī)理的模擬值要小于實(shí)驗(yàn)值， 而其它工況并未達(dá)到該溫度. 在這些工況下的初始溫度進(jìn)一步升高時(shí)， 所構(gòu)建的C2H6機(jī)理可能會(huì)同樣存在過(guò)快預(yù)測(cè)點(diǎn)火延遲時(shí)間的情況， 這一推測(cè)需要對(duì)在這些當(dāng)量比和壓力工況以及更高初始溫度下的點(diǎn)火延遲時(shí)間實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證.

2.2.3 乙醇點(diǎn)火延遲時(shí)間 所構(gòu)建的C2H5OH 機(jī)理在不同工況下的點(diǎn)火延遲時(shí)間與實(shí)驗(yàn)值［22］以及AramcoMech3.0， UCSD等機(jī)理的比較結(jié)果如圖5所示， 與NUIG骨架機(jī)理的比較結(jié)果如圖S6（見(jiàn)本文支持信息）所示. AramcoMech3.0 機(jī)理和UCSD 機(jī)理點(diǎn)火延遲時(shí)間的結(jié)果在當(dāng)量比為0.5 時(shí)比較接近，UCSD機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間在當(dāng)量比為1時(shí)略微小于AramcoMech3.0機(jī)理； 在當(dāng)量比為2、 初始?jí)毫?.31×105Pa 時(shí)有明顯的區(qū)別， 當(dāng)初始溫度高于1250 K（1000 K/T=0.8）時(shí)， UCSD 機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間要明顯小于AramcoMech3.0機(jī)理， 而當(dāng)初始溫度小于1250 K時(shí)， AramcoMech3.0機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間則小于UCSD 機(jī)理. 所構(gòu)建的C2H5OH 機(jī)理在當(dāng)量比為0.5 時(shí)和詳細(xì)機(jī)理以及NUIG 骨架機(jī)理比較接近， 當(dāng)初始溫度低時(shí)呈現(xiàn)出一定的區(qū)別. 在當(dāng)量比為1和2時(shí)， 所構(gòu)建的C2H5OH機(jī)理的點(diǎn)火延遲時(shí)間要小于實(shí)驗(yàn)值以及詳細(xì)機(jī)理和NUIG骨架機(jī)理.

Fig.5 Ignition delay times of C2H5OH mechanism in this work compared with detailed mechanisms and experimental data（A） ?=0.5， p=11.63×105 Pa， C2H5OH/O2/Ar=1/6.2/92.8； （B） ?=1， p=2.09×105 Pa， C2H5OH/O2/Ar=1.5/4.7/93.8；（C） ?=2， p=2.31×105 Pa， C2H5OH/O2/Ar=4/6/90.

2.3 層流火焰速度

2.3.1 乙烯層流火焰速度 所構(gòu)建的C2H4機(jī)理在不同工況下的層流火焰速度和實(shí)驗(yàn)值［23～25］以及其它機(jī)理的比較結(jié)果如圖S6和圖S7（見(jiàn)本文支持信息）所示， 實(shí)驗(yàn)值的初始?jí)毫Ψ譃?×105～5×105Pa， 初始溫度為298 K. 在初始?jí)毫=1×105Pa時(shí)， Hirasawa等［23］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比為1.2時(shí)取得層流火焰速度的峰值， 約為68 cm/s， Jomaas 等［24］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比為1.1 時(shí)取得層流火焰速度的峰值， 約為64 cm/s；在初始?jí)毫=2×105Pa時(shí)， Hassan等［25］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比為1.2時(shí)取得層流火焰速度的峰值， 約為60 cm/s， Jomaas 等［24］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比為1.2時(shí)取得層流火焰速度的峰值， 約為56 cm/s； 在初始?jí)毫=5×105Pa時(shí)， Jomaas等［24］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比為1.2時(shí)取得層流火焰速度的峰值， 約為50 cm/s.

對(duì)于包含了詳細(xì)機(jī)理模擬結(jié)果的圖S7， UCSD機(jī)理和USC-II機(jī)理在初始?jí)毫?×105和2×105Pa時(shí)能較好地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值， 其中， UCSD 機(jī)理層流火焰速度的峰值要大于USC-II 機(jī)理. 而當(dāng)初始?jí)毫?×105Pa時(shí)， Jomaas等［24］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比約為1.2時(shí)取得峰值， UCSD機(jī)理和USC-II機(jī)理的模擬值峰值在當(dāng)量比為約為1.1時(shí)取得. 對(duì)于包含了小尺寸機(jī)理模擬結(jié)果（圖6）， NUIG骨架機(jī)理的模擬值在不同工況下能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)值， 在當(dāng)量比大于1.6的富燃區(qū)域會(huì)略微高估這一指標(biāo). Fluent 總包機(jī)理的層流火焰速度在模擬范圍內(nèi)隨當(dāng)量比的增加而降低， 基本呈線(xiàn)性變化， 在當(dāng)量比為1.6附近和實(shí)驗(yàn)值有交集. Singh 等［11］提出的半總包乙烯機(jī)理的層流火焰速度總體上慢于實(shí)驗(yàn)值， 僅在當(dāng)量比大于1.6時(shí)和實(shí)驗(yàn)值比較接近， 并且半總包乙烯機(jī)理的層流火焰速度隨著當(dāng)量比增加總體上呈現(xiàn)出單調(diào)增加的趨勢(shì)， 在模擬的當(dāng)量比范圍內(nèi)不能明顯觀察到層流火焰速度峰值所在的當(dāng)量比.

Fig.6 Laminar flame speed of C2H4 mechanism in this work compared with detailed mechanisms and experimental data（A） T=298 K， p=1×105 Pa； （B） T=298 K， p=2×105 Pa； （C） T=298 K， p=5×105 Pa.

在不同初始?jí)毫Φ呢毴脊r下， 所構(gòu)建的C2H4機(jī)理的層流火焰速度模擬值略微小于實(shí)驗(yàn)值. 在初始?jí)毫?×105和2×105Pa的富燃工況下， 構(gòu)建的C2H4機(jī)理的層流火焰速度模擬值大于實(shí)驗(yàn)值， 在初始?jí)毫?×105Pa 的富燃工況下， 構(gòu)建的C2H4機(jī)理的層流火焰速度模擬值分布在實(shí)驗(yàn)值兩側(cè). 構(gòu)建的C2H4機(jī)理在初始?jí)毫?×105和2×105Pa時(shí)， 在當(dāng)量比為1.3附近取得層流火焰速度的峰值， 相較于實(shí)驗(yàn)值和其它詳細(xì)機(jī)理略微偏大. 但構(gòu)建的C2H4機(jī)理和實(shí)驗(yàn)值以及其它詳細(xì)機(jī)理、 NUIG 骨架機(jī)理幾者之間的峰值大小基本接近， 優(yōu)于Fluent 總包機(jī)理和半總包乙烯機(jī)理. 相比其它小尺寸機(jī)理， 構(gòu)建的C2H4機(jī)理基本上反映了層流火焰速度隨當(dāng)量比變化的趨勢(shì)， 但針對(duì)層流火焰速度峰值所在當(dāng)量比的預(yù)測(cè)有進(jìn)一步提升的空間， 考慮到機(jī)理尺寸， 誤差是可以被接受的.

2.3.2 乙烷層流火焰速度 構(gòu)建的C2H6機(jī)理在不同工況下的層流火焰速度和實(shí)驗(yàn)值［24，26，27］以及其它機(jī)理的比較結(jié)果如圖7和圖S8（見(jiàn)本文支持信息）所示. 包含了初始溫度298 K下初始?jí)毫Ψ秶鸀?×105～10×105Pa， 以及初始溫度325 K下初始?jí)毫?×105Pa的層流火焰速度實(shí)驗(yàn)值.

Fig.7 Laminar flame speed of C2H6 mechanism in this work compared with detailed mechanisms and experimental data（A） T=298 K， p=1×105 Pa； （B） T=298 K， p=5×105 Pa； （C） T=298 K， p=10×105 Pa； （D） T=325 K， p=5×105 Pa.

由包含了詳細(xì)機(jī)理模擬結(jié)果的圖7可見(jiàn)， USC-II機(jī)理的層流火焰速度略微快于UCSD機(jī)理， 兩者在貧燃工況均呈快于實(shí)驗(yàn)值的結(jié)果. 在初始溫度為298 K、 初始?jí)毫?×105Pa的富燃工況， UCSD機(jī)理比USC-II機(jī)理更接近實(shí)驗(yàn)值， 而在初始?jí)毫Υ笥诘扔?×105Pa的富燃工況， USC-II機(jī)理比UCSD機(jī)理更符合實(shí)驗(yàn)值. 由包含了詳細(xì)機(jī)理模擬結(jié)果的圖S8可見(jiàn)， NUIG骨架機(jī)理在貧燃時(shí)能夠比較精準(zhǔn)地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值， 在富燃時(shí)表現(xiàn)出來(lái)有差異的結(jié)果. 當(dāng)初始溫度為298 K、 初始?jí)毫?×105和5×105Pa的富燃工況時(shí)， NUIG骨架機(jī)理和實(shí)驗(yàn)值符合較好， 僅有略微區(qū)別， 而當(dāng)初始溫度或初始?jí)毫M(jìn)一步提升時(shí)，NUIG 骨架機(jī)理在富燃時(shí)則要慢于實(shí)驗(yàn)結(jié)果. Fluent 總包機(jī)理不能體現(xiàn)出層流火焰速度實(shí)驗(yàn)值隨當(dāng)量比變化的趨勢(shì)， 在目前模擬的富燃工況下總體明顯慢于實(shí)驗(yàn)值， 僅在當(dāng)量比為1.4 時(shí)和實(shí)驗(yàn)值比較接近.

構(gòu)建的C2H6機(jī)理在初始溫度為298 K、 初始?jí)毫?×105Pa 時(shí)的層流火焰速度峰值約為46 cm/s，比實(shí)驗(yàn)值高約8 cm/s， 在較貧燃和較富燃的區(qū)域則和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較接近. 在這個(gè)工況時(shí)， 構(gòu)建的C2H6機(jī)理的表現(xiàn)不如NUIG骨架機(jī)理. 在初始溫度為298 K、 初始?jí)毫?×105Pa時(shí)， 構(gòu)建的C2H6機(jī)理模擬結(jié)果較好. 在初始溫度為298 K、 初始?jí)毫?0×105Pa與初始溫度為325 K、 初始?jí)毫?×105Pa的兩個(gè)工況， 構(gòu)建的C2H6機(jī)理在富燃區(qū)域內(nèi)的層流火焰速度模擬結(jié)果要優(yōu)于NUIG 骨架機(jī)理， 在貧燃區(qū)域兩者則基本接近.

2.3.3 乙醇層流火焰速度 所構(gòu)建的C2H5OH機(jī)理在不同工況下的層流火焰速度和實(shí)驗(yàn)值以及其它機(jī)理的比較結(jié)果如圖8 和圖S9（見(jiàn)本文支持信息）所示， 包含的初始溫度為298 和453 K， 初始?jí)毫?×105Pa. 在初始溫度T=298 K 時(shí)， van Lipzig 等［28］、 Egolfopoulos 等［29］和Gülder 等［30］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比約為1.1 時(shí)取得的層流火焰速度峰值約為44～48 cm/s； 在初始溫度T=453 K 時(shí)， Egolfopoulos 等［29］的實(shí)驗(yàn)值在當(dāng)量比為1.0時(shí)取得的層流火焰速度峰值約93 cm/s.

Fig.8 Laminar flame speed of C2H5OH mechanism in this work compared with detailed mechanisms and experimental data（A） T=298 K， p=1×105 Pa； （B） T=453 K， p=1×105 Pa.

由圖8可見(jiàn)， UCSD詳細(xì)機(jī)理的層流火焰速度在貧燃時(shí)略快于實(shí)驗(yàn)值， 在富燃時(shí)則略慢于實(shí)驗(yàn)值.由圖S9可見(jiàn)， NUIG骨架機(jī)理的層流火焰速度在較貧燃和在較富燃的區(qū)域都能較好地預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)值， 而在當(dāng)量比為1.0的附近區(qū)域， NUIG骨架機(jī)理的層流火焰速度慢于實(shí)驗(yàn)值， 最大誤差約10 cm/s.

在當(dāng)前模擬的工況下， 構(gòu)建的C2H5OH機(jī)理的層流火焰速度總體上和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好， 對(duì)于峰值當(dāng)量比的捕捉要優(yōu)于UCSD詳細(xì)機(jī)理. 構(gòu)建的C2H5OH機(jī)理在貧燃區(qū)域略慢于實(shí)驗(yàn)值， 此外， 在初始溫度T=453 K、 初始?jí)毫=1×105Pa的工況下， 當(dāng)?＞1.5時(shí)， 構(gòu)建的C2H5OH機(jī)理的層流火焰速度要快于Egolfopoulos等［29］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

3 結(jié)論

隨著燃燒反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化， 物種和反應(yīng)數(shù)目越來(lái)越多， 給燃燒數(shù)值模擬及工程應(yīng)用造成困難. 采用極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建了乙烯、 乙烷和乙醇等典型C2燃料的燃燒反應(yīng)機(jī)理. 該方法在指定物種分辨率的條件下， 構(gòu)建具有簡(jiǎn)潔反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的燃燒反應(yīng)機(jī)理. 其所包含的反應(yīng)采用可逆形式， 同時(shí)在速率常數(shù)的表達(dá)式上采用經(jīng)典Arrhenius方程（A，Ea）雙參數(shù)形式， 能夠在減少參數(shù)數(shù)目的同時(shí)保證參數(shù)的物理意義， 有利于參數(shù)優(yōu)化. 此外， 該方法能夠避免詳細(xì)機(jī)理需要的機(jī)理簡(jiǎn)化步驟， 在大幅減少物種數(shù)目和反應(yīng)數(shù)目的同時(shí)降低計(jì)算成本. 單組分燃料燃燒機(jī)理基于先前開(kāi)發(fā)的 C0-C1燃料反應(yīng)機(jī)理以層級(jí)、 模塊化的方式進(jìn)行構(gòu)建， 并將所有反應(yīng)的方向在形式上進(jìn)行統(tǒng)一， 最終得到的C2H4機(jī)理共包含19 個(gè)物種24 個(gè)反應(yīng)， 該模塊新增4 個(gè)物種10 個(gè)反應(yīng)； C2H6機(jī)理共包含23 個(gè)物種33 個(gè)反應(yīng)， 該模塊新增2個(gè)物種6個(gè)反應(yīng)； C2H5OH機(jī)理共包含23個(gè)物種28個(gè)反應(yīng)， 該模塊新增5個(gè)物種10個(gè)反應(yīng). 所構(gòu)建的C2燃料燃燒機(jī)理通過(guò)包括絕熱火焰溫度、 點(diǎn)火延遲時(shí)間、 層流火焰速度等在內(nèi)的模擬進(jìn)行驗(yàn)證， 并與國(guó)際流行詳細(xì)機(jī)理和其它小尺寸機(jī)理進(jìn)行了對(duì)比， 結(jié)果表明， 本文構(gòu)建的機(jī)理在保持較小尺寸的同時(shí)有較高的可靠性， 從而進(jìn)一步表明了極小化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法可能為發(fā)動(dòng)機(jī)湍流燃燒模擬在內(nèi)的實(shí)際工程應(yīng)用帶來(lái)極大的幫助.

支持信息見(jiàn)http: //www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/cjcu20230386.