1. 研究目的与意义（文献综述）

目前，世界上依然以化石燃料作为主要能源，例如石油、天然气、煤等。而根据2018年的最新数据统计^[1]，就我国目前每日石油消耗498万桶的速度计算，我国石油储量大约还可以使用56年。为了应对资源短缺的问题，对我国的能源结构进行调整，国家发展改革委国家能源局于2016年发布了《能源发展“十三五”规划》，《规划》^[2]指出到2020年，我国非化石能源消费比重要提高到15%以上，天然气消费比重力争达到10%，煤炭消费比重降低到58%以下。

合成气作为一种气体燃料，不仅可以由煤气化得到，也可以通过生物质气化形成，来源广泛，具有广阔的应用前景。由于合成气成分复杂，其基础燃烧特性随气体组成比例的不同会有较大变动。然而，由于氢气火焰的热值低以及co火焰的稳定性问题，直接将合成气燃料用于工业燃烧室可能需要进一步的研究。天然气由于其储量大、有害排放低、燃料辛烷值高、价格便宜等优点，使之获得广泛的应用。然而，天然气燃烧速度较慢，当其应用于发动机上时，可采用掺入合成气的方式来改善其燃烧。为了为其在发动机内的燃烧模拟和性能优化提供数据基础，本毕业设计拟以甲烷来代替天然气，基于chemkin软件对甲烷–合成气混合物的一维稳态平面火焰进行数值模拟，分析初始条件（当量比、压力、温度、合成气掺混比、合成气成分）对甲烷–合成气预混层流燃烧特性的影响规律。

对于甲烷与合成气的层流燃烧特性目前已有相关学者进行了详细研究。早在20世纪80年代d.l.zhu^[3]等就对甲烷的层流燃烧特性进行了研究，后来在2000年x.j.gu^[4]等人利用定容燃烧弹在当量比0.8,1.0和1.2下研究初始温度为300-400k，压力为0.1-1.0mpa的甲烷-空气混合物，推导出zeldovich数来表示温度对质量燃烧速率的影响，由此基于理论论证，给出了甲烷 - 空气混合物的燃烧速度更一般的相关性。2005年f.halter^[5]等人在0.1-0.5mpa，298k，当量比0.7-1.2的条件下研究了甲烷掺氢的层流燃烧特性，甲烷 氢气混合物中氢的摩尔分数在 0至0.2之间变化，发现层流燃烧速度随着氢气摩尔分数的增加而增加。

2. 研究的基本内容与方案

目前对高温高压下甲烷-合成气的层流燃烧特性还不够充分，为了改善其在发动机内的燃烧情况，本毕业设计拟使用CHEMKIN软件，模拟分析其在高温（373 K，393 K，413 K），加压（1atm，2 atm，5 atm，10 atm，15 atm，20atm），当量比（0.7-1.5），甲烷掺混比（0,0.25,0.5,0.75,1）条件范围内对其层流燃烧特性进行研究，包括层流燃烧速度的测量，敏感性分析，自由基的浓度分析，基元反应的反应速率分析。主要研究内容有：1、通过建立物理模型、数学模型，选择适合的边界条件及化学反应机理、热力动力学参数，建立一维稳态平面火焰数值模型。2、通过 CHEMKIN 数值模拟软件，建立一维稳态平面火焰数值模型对甲烷-合成气进行数值模拟：研究当量比、初始温度、初始压力、对层流燃烧速度、自由基的浓度分布，基元反应的反应速率的影响。3、通过 CHEMKIN 数值模拟软件，建立一维预混自由传播火焰对合成气进行数值模拟：将合成气与甲烷进行不同比例的掺混，探究掺混比例对于层流燃烧速度、自由基的浓度分布，基元反应的反应速率的影响。4、对数值模拟得到的数据进行敏感性分析，反应路径分析，总结出各因素对于层流预混火焰层流燃烧速度、自由基的浓度分布，基元反应的反应速率的规律及影响。具体实施方案与技术路线如下：

3. 研究计划与安排

第1-3周 完成英文资料翻译工作；查阅、收集和分析有关甲烷、合成气预混层流燃烧的国内外文献，完成开题报告；

第4-5周 学习基于chemkin软件的一维稳态平面火焰数值模拟方法；

第6-8周 完成不同初始条件下甲烷–合成气混合物一维平面火焰的数值模拟；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]钱伯章,李敏.能源结构随能源需求增长而持续多样化——2018年世界能源统计年鉴解读[j].中国石油和化工经济分析,2018(08):51-54.

[2] 中华人民共和国国家能源局. 能源发展“十三五”规划[g]. 北京: 中华人民共和国国家能源局, 2016.

national energyadministration. the 13th five-year plan (2016- 2020) of energy development[g].beijing: national energy ad-ministration, 2016.