機理簡化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
機理簡化的實例教程
關鍵詞：機理簡化；DRGEP簡化，DRG簡化，封閉零維模型，誤差分析
本案例主要介紹通過零維模型計算高碳烷烴的燃燒特性，再對烷烴機理進行簡化。封閉零維模型主要包括了以下幾種：1. Closed Internal Combustion Engine Simulator，模擬封閉的內燃機內的燃燒情況；2. Closed Homogenous Batch Reactor，模擬封閉的全混同性反應器，包括定壓、定容反應器；3. Closed Partially Stirred Reactor(PaSR)，模擬封閉的部分混合的反應器；4. Closed Plasma Reactor，模擬封閉的等離子體反應器。為了節省計算資源的占用，選擇Closed Homogenous Batch Reactor進行計算
主要操作步驟如下，首先建立反應器模型，封閉零維模型不包括進口出口，反應器如下。根據實際工況條件，設置溫度壓力等參數。值得注意的是高碳烷烴的層流燃燒速度較低，反應器的溫度要設置的高一點，才能達到引燃燃料的條件要求。
圖1 反應器模型搭建
為了設置多工況條件，在反應器物性參數設置右邊點擊加號設置，可以設置不同工況條件。
圖2 反應器設置
封閉零維模型通常會計算的比較快，計算結束后打開workbench界面進行簡化計算。
圖3 機理簡化設置
簡化方法選擇DRGEP和DRG簡化，設置好計算誤差后開始簡化
圖4 機理簡化方法和誤差設置
軟件計算出簡化的機理。
圖5機理簡化結果
通過零維模型進行計算，再運用DRGEP和DRG的方法進行簡化，得出了比較理想的計算結果。簡化機理能運用于其他工況的燃燒計算，極大的簡化了計算過程。
展開 四、培訓內容
針對Chemkin軟件的常用模塊進行教學，包括不僅限于層流燃燒速度計算模型，均質燃燒模型、預混燃燒模型等，同時介紹Chemkin中的機理簡化及耦合模塊使用功能。具體內容如下：
1、燃燒核心參數的計算
(1) 層流燃燒速度
(2) 點火延遲
(3) 燃燒產物密度
(4) 火焰結構
2、敏感性分析
(1) 重要基團物質敏感性分析
(2) 溫度敏感性分析
(3) 產熱敏感性分析
(4) 化學反應路徑
3、機理簡化
(1) 機理簡化方法介紹
(2) 簡化目標參數選擇
(3) 骨架機理優化
五、相關案例
案例1：層流燃燒速度驗證機理。通過對比參考文獻中的實驗數據，驗真仿真計算的可靠性。
圖1 層流燃燒速度模型
圖2 反應機理驗證
圖3 多工況條件計算
案例2：點火延遲計算。計算不同工況條件下點火延遲時間，分析不同溫度壓力條件對點火延遲的影響
圖4 均勻攪拌燃燒器
圖5 勻質燃燒反應器界面設置
案例3 機理簡化。運用多種簡化方法，得到優化的骨架機理。
圖6 簡化方法選擇
案例4 機理耦合。耦合混合燃料的機理文件。
圖7 機理耦合結果
六 時間及費用
1. 教學費用：根據每次培訓的人數定價,具體聯系客服獲取當前期培訓價格.
2. 付款方式：微信，支付寶，對公轉賬等
3. 發票信息：可出具正式發票（普票）
4. 培訓時間: 根據每期上課的學生和老師空閑情況,約定時間即可上課 上完課后有永久答疑群 有問題可以互相交流
七 聯系方式
微信：CAE320(昵稱:AAA耗子)
QQ: 2947967437(昵稱:320科技工作室)
展開 會議日程
8:30-9:00
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燃燒系統的CFD模擬
工程建模及求解方法
燃燒系統
有限速率化學方法
湍流燃燒模擬
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ANSYS首席研發
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ANSYS 高級燃燒模擬工具
ANSYS 燃燒模擬方法
ANSYS FLUENT針對燃氣輪機的LES燃燒模擬
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ANSYS首席研發
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ANSYS CFD的工業應用
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ANSYS中國流體專家
12:30-13:30
午餐
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Chemkin-Enterprise 軟件功能
Chemkin-Pro – 氣體及表面反應模擬的黃金標準
Forte – 內燃機仿真的高級工具
Reaction Workbench – 高級機理簡化工具
Model Fuel Library (MFL) – 擁有超過65種燃料的最完整、最精確的反應機理
張國軍
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Chemkin-Enterprise 在工業中的應用
張國軍
中潤漢泰技術經理
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現場問答
會議基本信息：
展開 因而需要簡化模型來降低狀態空間的維數與方程組的剛性。
FGM模型
FGM（Flamelet Generated Manifolds）模型是基于化學反應機理簡化和火焰面方法兩者的結合。其認為實際燃燒中的高維火焰可以視為一系列低維小火焰的系綜，即實際的高維火焰燃燒過程在燃燒化學反應組分空間中的反應流形路徑同低維小火焰中類似。FGM方法既可用于預混火焰面，也可用于非預混火焰面，還可利用零維預混氣的點火過程來構造簡化狀態空間。
在FGM方法中，通過計算低維火焰面中生成的反應流形來模擬高維化學反應系統中的反應流形。對于燃燒反應中的低溫段和高溫段區域，該模型均使用火焰面方程求解，替代了高溫區域的低維反應流形求解，可以減少化學反應建表所需的計算量。
數學模型
01 連續性方程
其中，ρ為密度，v是流動速度。
展開 以碳氫燃料燃燒來說，反應中涉及的化學組分就多達上千種，為了在實際研發過程中模擬燃燒過程，必須有適當的簡化機理來滿足現有計算條件且盡可能準確的捕捉燃燒過程。一般地，燃燒室的特征長度在幾百毫米左右，但燃燒過程中最小的湍流特征長度只有幾十微米，相差千倍以上，為了精確模擬該過程，即使采用直接數值模擬（DNS）也是相當困難的，因為計算量驚人。
在實際燃燒室研發過程中，多采用大渦模擬（LES）或雷諾平均（RANS）的方式來解決以減少計算量，采用RANS的方式就不可避免的需要采用湍流模型，大渦模擬中也需采用亞格子模型，上述這些湍流模型對于燃燒過程中流動結構的發展、演化有重要的影響。
至于化學反應與組分濃度、溫度的湍流擾動的相互作用，需要采用燃燒模型來解決。根據燃燒過程中燃料和氧化劑的不同進入方式可以分為預混燃燒、非預混燃燒、部分預混燃燒，可以根據不同的燃燒方式選擇合適的燃燒模型。
也可根據化學反應速度分為快速反應的模型和有限反應速度的模型，若只考慮流場和溫度場，可以選用快速反應的模型，若還需考慮組分濃度分布，則應選擇有限反應速度的模型。如果燃料形態是液體，還需考慮液體的噴霧及蒸發過程。
此外，燃燒室燃燒過程中，產生的熱有一部分通過輻射的方式傳遞給火焰筒壁面，準確預測壁面溫度選用適當的輻射模型很重要。
上述簡要介紹了燃燒室數值模擬過程中相關的化學反應機理、湍流模型、燃燒模型、輻射模型。一般來說，上述模型都是通過計算域內的網格為基礎單元進行離散求解獲得相應的解，可以說網格是數值模擬的基礎，對模擬對象進行良好的網格劃分既基礎、又重要。適當計算域的選擇和準確邊界條件的給定，也是燃燒過程準確模擬的必要因素。
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圖3 機理簡化設置
簡化方法選擇DRGEP和DRG簡化，設置好計算誤差后開始簡化
圖4 機理簡化方法和誤差設置
軟件計算出簡化的機理。
圖5機理簡化結果
通過零維模型進行計算，再運用DRGEP和DRG的方法進行簡化，得出了比較理想的計算結果。簡化機理能運用于其他工況的燃燒計算，極大的簡化了計算過程。
湍流模式采用Dynamic Smagorinsky-Lilly模型并結合標準壁面函數處理近壁面流動，氣、液兩相流模型采用項目團隊自行開發的二次霧化模型（見圖4），燃燒模型為增厚火焰面模型，化學反應機理為兩步簡化的航空煤油代用燃料（C10H23）與空氣的化學動力學機理。計算域空間離散為二階迎風格式并添加了限制器，時間步長為2×10-7s，求解器選擇雙精度。
2 傳動系NVH研究方法
近年來，國內外對傳動系NVH問題的研究更為深入和具體，從最初的分析機理、基于較簡化模型進行現象仿真，逐步朝著建立考慮更多影響因素且研究對象更為細致、更加符合工程實際的動力學模型，提出傳動系NVH問題新的影響因素，從主動控制和傳動系部件結構設計的角度去解決某些NVH問題等方向發展。
具體內容如下：
1、燃燒核心參數的計算
(1) 層流燃燒速度
(2) 點火延遲
(3) 燃燒產物密度
(4) 火焰結構
2、敏感性分析
(1) 重要基團物質敏感性分析
(2) 溫度敏感性分析
(3) 產熱敏感性分析
(4) 化學反應路徑
3、機理簡化
(1) 機理簡化方法介紹
(2) 簡化目標參數選擇
(3) 骨架機理優化
五、相關案例
馬世虎
ANSYS中國流體專家
12:30-13:30
午餐
13:30-15:00
Chemkin-Enterprise 軟件功能
Chemkin-Pro – 氣體及表面反應模擬的黃金標準
Forte – 內燃機仿真的高級工具
Reaction Workbench – 高級機理簡化工具
需要通過簡化化學反應機理來解決這個問題。
以碳氫燃料燃燒來說，反應中涉及的化學組分就多達上千種，為了在實際研發過程中模擬燃燒過程，必須有適當的簡化機理來滿足現有計算條件且盡可能準確的捕捉燃燒過程。一般地，燃燒室的特征長度在幾百毫米左右，但燃燒過程中最小的湍流特征長度只有幾十微米，相差千倍以上，為了精確模擬該過程，即使采用直接數值模擬（DNS）也是相當困難的，因為計算量驚人。
