1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，代用燃料相关研究一直是燃烧学的重要开展方向，紧迫的能源形势、日益严格的排放法规以及不断提高的环保意识，都是推动代用燃料研究的动力。常用的代用燃料可分为天然气（cng）、液化石油气（lpg）、二甲醚（dme）、生物柴油、醇类燃料等。其中，甲醇由于价格低资源丰富、热效率高排放性能优异、对发动机结构改动小以及相对简单的化学反应机理等优势，得到了广泛的研究与实际应用，拥有广阔的发展前进。国内，早在20世纪70年代，甲醇代用燃料的研究就已经起步，“六五”期间开展的m15-m25甲醇燃料的研究实验就已取得了丰硕成果。2009年，国家标准化管理委员会批准并颁布了《车用甲醇汽油》国家标准，这推动了一大批甲醇燃料相关的研究，国内迎来了甲醇燃料的应用与发展契机。综上，本次毕业设计研究主要针对甲醇开展，通过选择合适的研究方法，探究甲醇燃料的燃烧机理综合性能等。

目前，针对甲醇燃料的研究主要从三个大的方向展开。

（1）第一个方向是关于甲醇燃烧的模拟实验，这是研究甲醇燃烧的经典而有效的方法。模拟实验装置通常分为高速循环机、定容燃烧弹、高速压缩机等，其中定容燃烧弹由于其简单的结构、易于改变的温度压力条件，得到了广泛的应用。燃烧实验主要采用原位光谱诊断法和取样分析法来研究化学反应动力学机理。如杨广峰在《柴油在含醇氛围内燃烧特性及作用机理的研究》中，设计了一种定容燃烧弹装置，采用实验方法对加醇柴油的扩散火焰燃烧特性进行相关的基础研究。

2. 研究的基本内容与方案

综合考虑稳定性、资料丰富性等问题，本课题使用的openfoam 框架版本选择为2.4.0 released（2015年5月发行），本版本有大量的现有文献可供参考学习，软件同时也附带有详细的说明书。与常用的运行于windows平台的商用cfd软件不同，openfoam框架需要运行于linux平台。考虑到易用性、稳定性等方面，本次将选用ubuntu 16.04.4lts桌面版本的系统，本系统可提供十分接近于windows的操作环境。安装linux系统通常有两种选择，一种是直接在物理机上安装，将硬盘完全格式化或者在已有其他操作系统的情况下安装双系统，另一种是在虚拟机上安装。由于在物理机上直接安装操作较难，并且有丢失原有文件的风险，本次课题选择在虚拟机上进行安装。在虚拟机上进行安装，操作简便，不会影响原有系统的运行，系统间切换方便，便于系统备份。常用的虚拟机软件有vmware公司的workstation pro、oracle公司的virtualbox和microsoft公司的hyper-v。考虑到virtualbox是开源产品，同时对linux支持较好，也有丰富的文档，本次课题将会选择virtualbox作为虚拟机。

在配置完成virtualbox ubuntu openfoam的环境之后，就可以开始数值模拟的工作。按照openfoam框架的操作逻辑，数值模拟可分为三个阶段：预处理、求解、后处理。预处理阶段主要包括网格划分、边界条件初始条件设定、物理性质设定、求解控制设置、离散与线性求解器设置等。求解阶段需要根据具体要求选择恰当的求解器（solvers），在必要时应修改求解器的代码，以达到我们所需要的求解效果。后处理阶段是借助实用程序（utilities）对求解阶段生产的数据结果进行处理，以达到数据可视化、揭示数据特征等目的。完成这三个阶段处理后我们可以借助paraview组件对结果进行观察，它可以提供接近于商用cfd的视窗化操作界面。

在上述的数值模拟三阶段之前，我们需要首先建立定容燃烧弹的几何模型。实验中用到的定容燃烧弹装置通常分为定容燃烧弹系统、燃油注入系统、温度控制系统、混合气配置系统、压力测量和高速摄像系统。在数值模拟中，只需要对定容燃烧弹系统进行建模，保留其主要尺寸，并且忽略大部分细节。其中大部分忽略的细节并不会对仿真结果造成影响，但在文献中有忽略点火针细节对仿真结果造成较大影响的报道。

3. 研究计划与安排

1-3周：仔细阅读任务书，查阅收集相关研究方向的论文，了解研究现状，对整个课题进度进行规划，整理以后工作中需要用到的资料文献等。在阅读相关文献学习专业词汇的基础上完成毕业设计所要求的英文文献翻译。在完成细致的规划后可以完成开题报告和文献综述。

4-5周：安装virtualbox软件，并在其中安装ubuntu 16.04.4 lts系统，并完成虚拟机和系统的调试工作，如调整性能安装拓展程序等，并且熟悉virtualbox和ubuntu的常用操作。完成必要的环境调试之后，下载openfoam 2.4.0 released的源代码进行编译安装，测试程序可用性，并熟悉其基本框架，通过官方指南中的算例来熟悉其基本用法。

6-8周：对定容燃烧弹几何模型进行建模，进行初步的网格划分。选择合适的求解器，并根据实际需要对求解器的代码进行修改，添加必要的程序。输入必要的数据，选择合适的参数，进行调试，并在计算结果上进行分析，调整参数、模型、代码、网格等，完成数值模型的初步建立。

4. 参考文献（12篇以上）

（1）metghalchi m, keckj c. burning velocities of mixtures of air with methanol, isooctane, andindolene at high pressure and temperature[j]. combustion and flame, 1982, 48:191-210.

（2）liao s y, jiangd m, huang z h, et al. characterization of laminar premixed methanol–airflames[j]. fuel, 2006, 85(10): 1346-1353.

（3）liao s y, jiangd m, huang z h, et al. determination of the laminar burning velocities formixtures of ethanol and air at elevated temperatures[j]. applied thermalengineering, 2007, 27(2): 374-380.