C1-C4小分子碳氢燃料燃烧的详细化学动力学模拟

The present C1-C4 kinetic models are limited to their range of test cases. So, this project is to carry out deep studies focusing on some basic problems in the development of more predictive and more accurate detailed chemical kinetic models for C1-C4 fuels. Firstly，high-accuracy ab initio methods are used to calculate accurate thermodynamic parameters of small hydrocarbons and its radicals. Secondly, RRKM-based master equation is used to calculate the temperature and pressure dependent rate coefficients. On the other side, sensitivity and reaction pathway analysis are also conducted to identify important reactions and important chemical pathways for the combustion of C1-C4 hydrocarbon fuels. Finally, the C1-C4 kinetic models which are developed in a hierarchical manner would be validated over a wide range of operating conditions and experimental devices. This provides a theoretical ground for the major research project in the development of detailed chemical kinetic models for the combustion of larger hydrocarbons and in the design of engines.

目前的C1-C4详细动力学模型都有其验证范围的局限性。本项目针对发展C1-C4燃料更强预测性和更准确的详细化学动力学模型过程中出现的一些基础问题开展深入研究。首先采用高精度的从头算方法计算了小分子碳氢化合物及其自由基准确的热力学参数；然后采用基于RRKM理论的主方程方法来计算重要基元反应温度和压力相关的速率系数。此外敏感度分析和反应路径分析方法分别被用于确认C1-C4小分子碳氢燃料燃烧过程重要的基元反应和重要的化学反应路径；最后对按机理分层的思想构建的C1-C4小分子燃烧机理模型开展全面的优化和模拟验证，以期为“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划中的高碳烷烃详细动力学模型的发展和发动机设计提供理论基础。

C1-C4小分子相关的反应对碳氢燃料在发动机燃烧室的燃烧性能影响很大，然而，目前的C1-C4详细动力学模型都有其验证范围的局限性。本项目针对发展C1-C4燃料更强预测性和更准确的详细化学动力学模型过程中出现的一些基础问题开展深入研究。首先按照机理分层结构的思想构建了一个C1-C4的详细动力学模型，该模型基于课题组之前的工作和Warrant的C4机理。C1-C4小分子相关的反应是我们重新编辑的。在机理的优化过程中，对核心机理中重要和误差较大反应动力学参数进行了更新，大部分动力学参数的更新大多来自最新的文献数据，一小部分来自我们的动力学计算。敏感度分析和反应路径分析方法分别被用于确认C1-C4小分子碳氢燃料燃烧过程重要的基元反应和重要的化学反应路径；最后为了评估机理的性能，我们对C1-C4的详细动力学模型在宽工况条件下点火延迟时间和层流火焰速度等模拟结果跟相应的实验数据进行比较，结果表明本项研究更新的C1-C4机理在保持相对较小的机理尺寸的同时取得不亚于当前流行的机理的预测性能。目前项目培养毕业硕士研究生1人，发表期刊和国际学术会议论文5篇，其中SCI检索1篇，EI检索2篇。