1. 研究目的与意义（文献综述）

据统计，在世界一次能源消费结构中，天然气占比由1965年的15.7%上升至2016年的24.1%，预计在2035年前后，天然气将成为世界第一大主体能源。同时，随着世界经济迅速发展，人口数量不断增加，能源消费量不断增长，温室气体和各种有害物质排放量快速增长，清洁且热值高的天然气能源受到更多的重视，发展天然气工业已经成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的最佳选择。甲烷是天然气的主要成分，其含量约占总量的85%-95%。

层流燃烧速度是体现其燃烧特性的重要参数，是指层流火焰前峰面在其法线方向上相对于未燃预混气体的移动速度。燃料的层流燃烧速度对于化学动力学机理的开发和验证、湍流燃烧过程的模拟、燃烧设备的优化以及燃料闪点和最小点火能量预测模型的建立都具有重要的作用。准确测定燃料的层流燃烧速度对燃料化学动力学机理的开发、验证和完善提供了重要依据。平面火焰法、热通量法和向外传播球形火焰法是被广泛应用于测量层流燃烧速度的主要方法。平面火焰法可以建立不同的火焰形态，但很难在高压条件下画出清晰的火焰前锋并稳定火焰。热通量法需要额外的工作来确定热损失，并将结果推断为零热损失以获得绝热燃烧速度。向外传播球形法采用定容燃烧弹实验装置，可以很方便的用来研究当量比、初始燃烧温度压力和点火能量等参数对燃料燃烧的影响规律，其火焰构型简单，对拉伸率的定义清晰明确，试验具有良好的可控性。因此在此次研究中，使用向外传播球形火焰测量甲烷-空气预混混合气在不同初始压力和温度下的层流燃烧速度。

甲烷层流燃烧速度测量准确性受多种原因影响。ronney和wachman^[1]发现重力所带来的自然对流会对层流火焰速度造成一定影响，他们利用微重力落塔和圆柱形容器中向外传播的球形火焰测量了甲烷-空气预混混合气的近极限层流燃烧速度来进行验证。zheng chen^[2]等人注意到不同人员使用相同的恒压球形火焰法测量的甲烷-空气混合气的层流火焰速度和马克斯坦长度存在巨大的差异，于是提出一种拉伸火焰速度随拉伸速率线性变化的线性模型和两种拉伸火焰速度随拉伸速率非线性变化的非线性模型，并根据数据结果提出了不同混合物使用不同非线性模型的观点，同时对何种混合物应使用何种模型进行了说明。辐射对层流火焰速度测量准确性的影响也有广泛的研究，hao yu^[3]等发现在球形火焰实验中，燃烧气体区域的h₂o和co₂辐射会影响火焰传播的速度，所以使用向外传播球形火焰法测量的所有层流火焰速度数据均受到辐射的影响，并给出了修正辐射影响的方法和公式。chae hoon sohnd^[4]等发现辐射对层流火焰速度的影响第一个效应是辐射引起的负燃烧气体速度变化，第二个效应是辐射引起的密度比变化。并提出一种修正方法来考虑这些影响。

2. 研究的基本内容与方案

本课题以甲烷-空气混合气为研究对象，通过对外传播球形火焰法测量层流燃烧速度。利用converge软件，建立定容燃烧弹内多区模型，模拟甲烷-空气混合气在定容燃烧弹内燃烧过程，研究不同初始条件甲烷-空气预混火焰层流燃烧速度的变化。

研究本课题第一步应依据实验室现有的定容燃烧弹建立仿真几何模型，同时进行燃烧设定，选取化学动力学机理，设定初始条件、点火源项（点火位置、点火形状、点火能量）。

第二步在建立好的仿真模型上研究不同初始条件下层流燃烧速度的变化，根据模拟得出的数据对球形火焰相关数据进行计算。

3. 研究计划与安排

第1-2周 查阅文献完成文献综述和开题报告；

第3-4周 完成外文翻译；

第5-7周 学习converge软件；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]paul d.ronney,haroldy. wachman. effect of gravity on laminar premixed gas combustion i:flammabilitylimits and burning velocities[j]. combustion and flame 1985(62):107-119

[2]zheng chen. effectsof radiation and compression on propagating spherical flames of

methane/air mixtures near the leanflammability limit[j]. combustion and flame2010 (157):2267-2276