基于fluent 的甲烷燃烧二维模拟分析
陈飞 1434422
(同济大学汽车学院，上海)
摘要: 目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。甲烷属于可再生气体燃料，可以实现与空气的良好预混，利用fluent 进行甲烷燃烧的数值模拟进行仿真分析。Fluent 提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。根据模拟结果分析甲烷作为车用替代燃料的可行性。
关键词: 替代燃料；燃烧的数值模拟；甲烷燃烧；fluent 仿真
1. 引言
燃烧是燃料与氧化剂之间的发光发热的化学反应，根据反应前各组分的分布，可以分为预混燃烧，扩散燃烧和部分预混燃烧。其中预混燃烧较多的应用于汽车工业的车用汽油发动机。目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。
1.1. 燃烧的数值模拟
燃烧的数值模拟是通过CFD 软件实现对实际燃烧过程的仿真模拟，求解流畅流动特性及其混合特性，温度场、组分浓度场以及颗粒和污染物排放等，从而提供实际燃烧过程的参考，对于产品研发，科学研究都有很大的意义。
燃烧的数值模型主要运用模拟软件根据燃烧模型进行仿真，目前可用于燃烧数值模拟的软件有FLUENT,STAR-CD,CHEMKIN,KIVA 等。燃烧模型主要根据不同燃烧的特点设置求解参数，包括如下内容：稀疏相模型、输运控制方程、燃烧模型、辐射换热模型、污染物模型。
Fluent 提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。其中对于反应r 中的物质i 的产生速率r i R ,由下面两个式子给出：
???? ??=R w r R R R i w r i r i M v Y k A M v R ,',,',,min ε
ρ （1.1） ∑∑=N j j
w n
r j p p i w r i r i M v Y k AB M v R ,,,',,ερ （1.2） 式中，p Y ——任何一种产物的质量组分；
R Y ——某种产物的质量组分；
A——经验常数4.0；
B——经验常数0.5。
1.2.甲烷性质介绍
甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯。也是含碳量最小（含氢量最大）的烃，也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料，属于可再生能源。
表1 甲烷气体物理性质
颜色无色
气味无味
熔点-182.5℃
沸点-161.5℃
溶解度（常温常压）0.03
分子结构正四面体形非极性分子
分子直径0.414nm
蒸汽压53.32kPa/-168.8℃
饱和蒸气压（kPa）53.32(-168.8℃）
相对密度（水=1）0.42(-164℃）
相对密度（空气=1）0.5548（273.15K、101325Pa）
临界温度（℃）-82.6
临界压力（MPa） 4.59
甲烷属于气体燃料，燃烧时较易与空气充分混合，因此燃烧的热效率较高，从而较少污染物排放。
2.甲烷燃烧仿真模型搭建
本文计算的案例如下图所示：
火焰石湍流扩散火焰，在进口处甲烷以80m/s的速度从喷嘴射入，周围空气以0.5m/s的速度射入燃烧器，过量空气系数为 1.28。在甲烷与空气之间用一层外墙隔开。甲烷的雷诺数为5700。甲烷与空气的反应采用最常见的单步总包反应，而且认为反应是扩散控制的，因此使用涡耗散模型对其进行模拟。
图 1 二维湍流扩散燃烧器中的甲烷燃烧
运用fluent 进行甲烷燃烧的二维仿真模拟，需要设置诸如求解器，边界条件等计算参数，详细设置如下：
2.1. 选择求解模型
求解器是求解网格方程的方案。。FLUENT 的求解器分为分离式和耦合式两种。分离式求解器适用于不可压和微可压流动，耦合式求解器用于高速可压流动。本研究涉及的喷射压力下，流体处于不可压和微可压状态，故选用分离式求解器。该方法是顺序地、逐一地求解关于u 、v 、w 、p 等的方程。即先在全部网格上逐个解出每个方程。由于控制方程式是非线性的，且相互之间是耦合的，因此，在计算得到收敛结果之前要经过多轮迭代。本文采用压力基求解器。因为本例流动入口处雷诺数达到了5700，为湍流，又是简单的突扩流动，所以选用标准k-epsilon 模型，避免函数法。采用涡耗散模型组分运输和化学反应的模型。
2.2. 定义材料
采用fluent 自带数据库中的甲烷即可，但是根据模型的简化，需要选择不可压缩理想气体，并且设置比热为混合物平均，并且随温度变化而改变，各个组分的比热也要设置为随温度变化，
2.3. 设置边界条件
边界条件是对网格边界的约束，并设定流体进入计算区域时的状态。本文选择压力进出口边界。压力边界条件用于定义流动入口的压力以及其它标量属性。它即可以适用于可压缩流，也可以用于不可压缩流。压力边界条件可用于压力已知但是流动速度和速率未知的情况。这一情况可用于很多实际问题，比如浮力驱动的流动。压力边界条件也可用来定义外部或无约束流的自由边界。在有可能出现回流的情况下，使用压力出口边界条件来代替其他出口条件常常有更好的收敛速度。
在使用各种k-ε模型对湍流进行计算时，需要给定进口边界上k 和ε的估算值。目前没有理论上的精确计算这两个参数的公式，要么通过试验得到，要么通过近似公式来估算。对于没有任何已知条件的情况，可根据湍动强度I 和特征长度L ，由下式粗略估计进口的k 和ε分布：
上述各项式中 为水力直径DH 计算得到的Reynolds 数，对于圆管，水力直径DH 等于圆管直径；It 为湍流强度；L 为关联尺寸，对于充分发展的湍流，可取L 等于水力直径；l 为湍流长度尺度； 为平均速度；k 为湍动能；Cu 为经验常数取0.09；ε为湍动能耗散率。
分别进行空气入口处、燃料入口处、压力出口处、壁面边界处边界条件的设定。
1.8m
0.005m Air: 0.5m/s, 300k 甲烷: 80m/s, 300k 0.225m
空气入口速度大小为0.5，湍流强度为0.1，水力直径为0.44，默认温度为300k，氧气浓度为0.23。
燃料入口速度大小为80，湍流强度为0.1，水力直径为0.01，默认温度为300k，甲烷浓度为1。
压力出口表压力为0，湍流强度为0.1，水力直径为0.45，默认温度为300k，氧气浓度为0.23。
壁面边界壁温恒定为300k。
2.4.设置求解控制参数
为了更好地控制求解过程，需要在求解器中进行某些设置。主要包括离散格式、设置欠松弛因子和初始化场变量。FLUENT为控制方程中的对流项提供了多种不同的离散格式，在默认情况下，当使用分离式求解器时，所有对流项均用一阶迎风格式离散；当使用耦合求解器时，流动方程采用二阶精度格式，其它方程采用一阶精度格式。一般来讲，一阶精度格式下的计算容易收敛，但精度较差。本文中因为选用的分离式求解器，所以采用一阶迎风格式。欠松弛因子是分离式求解器所使用的一个加速收敛的参数，用于控制每个迭代步所计算的场变量更新，除耦合方程之外的所有方程，包括耦合隐式求解器中的非耦合方程（如湍流方程），均有与之相关的欠松弛因子。如果开始计算后，残差曲线逐渐上升，趋向发散，则需要适当减小欠松弛因子，以保证计算的收敛性。
3.甲烷燃烧分析
根据设置的残差值在迭代362步之后结果收敛，如下图所示：
图2 残差随迭代收敛情况
温度云图如下图所示：
图3 温度等值线图
可以看到，随着燃烧的进行，燃烧器的温度不断上升，且在中间区域温度最高，达2310k。在甲烷刚刚射入燃烧器时，由于没有充分扩散，温度升高的区域主要集中在燃烧器下部分，之后由于甲烷与空气的充分混合，使得燃烧器整体温度都上升了。
定压比热等值线图如下：
图4 定压比热等值线图
可以看到，混合物比热随着反映的进行呈现下降趋势，在甲烷射入入口处比热最高，随着反应的进行，温度不断升高，混合物比热也不断下降。
甲烷的质量分数等值线图如下图所示：
图5 甲烷质量分数等值线图
可以看到，甲烷射入燃烧器后便急速燃烧，由于气体燃料与空气混合充分迅速，因此燃烧快速完全，在燃烧器中部便全部燃烧。
氧气的质量分数等值线图如下图所示：
图6 氧气质量分数等值线图
可以看到，随着甲烷燃烧的消耗，氧气的质量分数随着反映的进行不断降低，并且在甲烷的射流区域氧气的质量分数为零，因为射流压力较大，氧气无法与甲烷充分混合，只能和接触的甲烷燃烧，因此也验证了扩散燃烧的本质。
4.结论
甲烷作为一种可再生气体料，具有很好的燃烧特性，能够实现很高的热效率，在燃烧过程中能够与空气实现快速充分的混合，从而达到燃烧快速，彻底的效果，是一种很好地燃料，不过由于技术等原因，目前只较多应用于天然气、工厂等地方，对于汽车工业还没有应用，不过甲烷燃料的优点可以给我们寻找新的替代燃料以启示。
5.参考文献
[1]于勇,张俊明,姜连田. Fluent入门与进阶教程[M]. 北京：北京理工大学出版社2008.9.
[2]唐家鹏. Fluent14.0超级学习手册[J].北京：人民邮电出版社,2013.4.
[3] 王凯楠,侯献军,闫少杰,余其旺,徐楠楠. 基于Fluent的天然气燃烧特性研究[J]. 汽车科技2011(3): 12-14.
[4] 孙石,李文姬. FLUENT在动力机械中的应用[J]. 长春工程学院学报：自然科学版,2010(4): 46-48.
6.致谢
谢谢我的导师吴志军教授。
考点20 燃烧与燃料 （18仙桃）20．充分燃烧1kg天然气和煤所产生CO2和SO2的质量如上图所示。下列说法不．正确 ．．的是 A．等质量的煤和天然气充分燃烧，产生CO2的量接近，但产生SO2的量却相差较大 B．煤、天然气充分燃烧产生的CO2和SO2是导致酸雨的主要气体 C．煤、天然气及石油等是重要的化石燃料，属于不可再生能源 D．由图示可知，提倡将煤改为天然气作燃料，有利于改善空气质量 （18长春）6．有关甲烷（CH4）的说法中，正确的是 A．甲烷分子由碳原子和氢原子构成 B．相对分子质量是16g C．碳元素和氢元素的质量比是1︰4 D．碳元素比氢元素的质量分数小 （8黄冈）25、一定质量的甲烷在不充足的氧气中燃烧，甲烷完全反应，生成物只有CO、CO2和H2O，且总质量为20.8g，其中H2O的质量为10.8g，则CO2的质量为 A.5.6g B.8.8g C.4.4g D.4.8g （18安顺）3、纯净物X在氧气中完全燃烧的化学方程式为：X + 2O2 CO2 + 2H2O。下列说法不正确的是（） A.该反应前后原子的种类发生改变 B.X是最简单的有机化合物 C.该反应的生成物都是氧化物 D.X是天然气的主要成分 （18宁波）8.下图是某化学反应的微观示意图。下列说法中错误的是 A.甲是最简单的有机物 B.反应前后原子种类没有发生改变 C.反应生成的丙和丁的分子个数比为1:2 D.一个甲分子是由两个氢分子和一个碳原子构成
（18雅安）1.据《易经》记载：“泽中有火”，“上火下泽”。泽，指湖泊池沼。“泽中有火” 是对“X气体”在湖泊池沼水面上起火现象的描述。这里“X气体”是指 A．一氧化碳B．甲烷C．氧气D．氢气 （18哈尔滨）30.(3分)下图是甲烷与氧气反应的微观模拟图，请回答下列问题： (1)在甲、丙图中将相关粒子图形补充完整甲补充一个氧分子、丙中补充一个水分子 (2)A、B、C、D对应的物质都是由分子构成的 (3)画出比一个C分子多两个质子的离子结构示意图。 （18海南）18．天然气不仅可以作燃料，而且是一种重要的化工原料。 （1）天然气重整可以得到合成气，其反应的微观示意图如下： 反应物生成物 写出上述反应的化学方程式。 （2）用不同催化剂可使合成气合成不同的物质。下列物质仅以合成气为原料不 ．能．得到的 ．可 是（填序号）。 A．甲醛(CH2O) B．甲醇(CH3OH) C．尿素[CO(NH2)2] （18海南）19．现有一份氧元素质量分数为89.5%的过氧化氢溶液，加入M nO2 充分反应后，得到液体的质量为 90g（不考虑操作过程中液体的损失），则生成氧气的质量为 。 g（精确到小数点后1位） （18广东）19.(5分)天然气可以在一定条件下合成甲醇。 (1)请把“题19图”中反应物的微观示意图补画齐全。
烃及其含氧衍生物的燃烧通式： 烃：CxHy＋(x＋y/4)O2→xCO2＋y/2H2O 烃的含氧衍生物：CxHyOz＋(x＋y/4－z/2)O2 ? xCO2＋y/2H2O 规律1：耗氧量大小的比较 (1)等质量的烃(CxHy)完全燃烧时，耗氧量及生成的CO2和H2O的量均决定于y/x的比值大小。比 值越大，耗氧 越多。相同质量的有机物中，烷烃中CH 4耗氧量最大；炔烃中，以C 2 H 2 耗氧量最少；苯及其同系 物中以C 6H 6 的耗氧量最少；具有相同最简式的不同有机物完全燃烧时，耗氧量相等。 (2)等质量具有相同最简式的有机物完全燃烧时，其耗氧量相等，燃烧产物相同，比例亦相同。等物质 的量的各种有机物（只含C、H、O）完全燃烧时，分子式中相差若干个“CO 2”部分或“H 2 O”部分， 其耗氧量相等。 (3)等物质的量的烃(CxHy)及其含氧衍生物(CxHyOz)完全燃烧时的耗氧量取决于x＋y/4－z/2，其值越 大，耗氧量越多。 (4)等物质的量的不饱和烃与该烃和水加成的产物(如乙烯与乙醇、乙炔与乙醛等)或加成产物的同分异 构完全燃烧，耗氧量相等。即每增加一个氧原子便内耗两个氢原子。 规律2：气态烃(CxHy)在氧气中完全燃烧后(反应前后温度不变且高于100℃)： 若y＝4，V总不变；(有CH4、C2H4、C3H4、C4H4) 若y＜4，V总减小，压强减小；(只有乙炔) 若y＞4，V总增大，压强增大。 有机分子结构的确定： 物理方法：红外光谱仪→红外光谱确定化学键或官能团 核磁共振仪→核磁共振仪氢谱确定不同化学环境的氢原子种数及个数比 相对分子质量的测定——质谱法
甲烷的制备与性质 一、实验原理 Δ CH 3COONa＋ NaOH====Na 2 CO 3 ＋CH 4 点燃 CH 4＋2O 2 ====2H 2 O＋CO 2 CH 4＋2Cl 2 ====4HCl＋C 甲烷制备装置 二、实验操作过程与实验现象 1.甲烷的制取 称取4.5gCH 3 COONa，1.2gCaO，1.2gNaOH，混合加入研钵中，研细混匀。将药品装入干燥试管，管口略向下倾斜，塞上带导管橡皮塞并固定于铁架台上。预热 1min 后，再对试管底部加热，约1~2min，即有大量CH 4 生成。点燃，火焰高度 达4～5cm，5min可收集500mLCH 4 。 2.甲烷的性质 （1）甲烷与酸性高锰酸钾反应 取一只试管，加入约3mL酸性高锰酸钾溶液，通入甲烷，观察颜色变化。 实验现象：无变化。 （2）甲烷与溴水反应 用排水法收集满一试管甲烷，然后再加入约3mL溴水，塞上塞子振荡，观察颜色变化。 实验现象：无变化。 （3）甲烷在空气中的燃烧 甲烷经验纯后点燃，可看到浅蓝色火焰。在甲烷火焰上方倒置一个干燥的小烧杯，观察现象。换一个用石灰水浸润的烧杯罩在甲烷火焰上方，观察现象。 实验现象：淡蓝色火焰（夹杂有黄色火焰）。 （4）甲烷与氧气混合爆鸣实验 以H 2O 2 为原料，MnO 2 为催化剂，用排水法收集2/3体积的氧气，再收集1/3体积 的甲烷，盖住瓶口，用抹布包住集气瓶，瓶口对住火焰点燃，发生爆鸣。 三、实验应注意的事项 1.此实验成功的关键取决于药品是否无水。即使是新购回的无水乙酸钠，亦应事先干燥后再使用。 2.该实验中的CaO并不参与反应，它的作用是除去苛性钠中的水分、减少苛性钠与玻璃的作用，防止试管炸裂，同时也使反应混合物疏松，便于甲烷的排出。
甲烷安全技术说明书文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
甲烷（1）化学品及企业标识 化学品中文名：甲烷；沼气 化学品英文名：methane ; Marsh gas 分子式：CH 4 相对分子量： （2）成分/组成信息 成分：纯品 CAS No：74-82-8 （3）危险性概述 危险性类别：第类易燃气体 侵入途径：吸入 健康危害：空气中甲烷浓度过高，能使人窒息。当空气中甲烷达25％～30％时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时脱离，可致窒息死亡。皮肤接触液化本品，可致冻伤。 环境危害：对环境有害 燃爆危险：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。 （4）急救措施 皮肤接触：如有发生冻伤：将患部浸泡于保持在38～42℃的温水中复温。不要涂擦。不要使用热水或辐射热。使用清洁、干燥的敷料包扎。如有不适感，就医。眼睛接触：不会通过该途径接触。
吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸、心跳停止，立即进行心肺复苏术。就医。 食入：不会通过该途径接触。 （5）消防措施 危险特性：易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它强氧化剂接触剧烈反应。 有害燃烧产物：一氧化碳 灭火方法：用雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉灭火。 灭火注意事项及措施：切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。消防人员须佩戴空气呼吸器、穿全身防火防毒服，在上风向灭火。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。 （6）泄漏应急处理 应急行动：消除所有点火源。根据气体扩散的影响区域划定警戒区，无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器，穿防静电服。作业时使用的所有设备应接地。禁止接触或跨越泄漏物。尽可能切断泄漏源。若可能翻转容器，使之逸出气体而非液体。喷雾状水抑制蒸汽或改变蒸汽云的流向，避免水流接触泄漏物。禁止用水直接冲击泄漏物或泄漏源。防止气体通过下水道、通风系统和限制性空间扩散。隔离泄露区直至气体散尽。 （7）操作处置与储存 操作注意事项：密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。
甲烷的化学性质 【实验目的】 1、探究甲烷的重要化学性质。 2、掌握对物质燃烧产物的定性检验方法。 3、熟悉有关实验操作，提高实验操作的基本技能。 4、培养仔细观察实验现象、认真思考现象产生原因的科学态度。 【知识支持】 1、如何检测可燃性气体的燃烧产物？ 2、如何收集按一定比例组成的甲烷和氯气的混合气体？ 【实验内容】 试剂：甲烷，澄清石灰水，酸性高锰酸钾溶液，溴水，饱和食盐水（收集氯气用），氯气等。仪器：储气瓶（分别盛有甲烷、氯气），干燥的小烧杯，大试管（带橡胶塞），铁 架台（带铁夹），小试管 实验步骤： 实验1 （1）从盛有甲烷的储气瓶中缓缓放出甲烷气体，在导气管尖嘴处将其点 燃，观察气体燃烧时火焰的颜色。 现象。 结论。 （2）检验燃烧产物的操作： 。 现象 。 结论及解释 实验2 将甲烷气体分别通入酸性KMnO4溶液和溴水中，观察现象。 现象。 结论。
实验3 （1）取一支大试管，用排饱和食盐水的方法收集体积比1:4的甲烷和氯气，用橡胶塞塞好管口，放在光亮的地方（不可日光直射，以免引起爆炸）约3分钟，观察发生的现象。 现象 。 结论 。（2）将上述试管倒立在水槽中，并取下橡胶塞，观察现象。 现象 。 结论及解释 。 请完成反应方程式。 注意：CH2Cl2 、CHCl3、CCl4是液体。 【问题探究】 1、（1）能否利用CH4和Cl2在光照条件下的取代反应制取纯净的氯仿？为什么？ （2）在此实验中，若将NaCl溶液换成Na2SiO3溶液，有什么现象产生？ 2、家庭使用天然气做燃料时，应注意哪些事项？ 3、CCl4为什么不能燃烧？CO2、SF6等也不能在空气中燃烧，其原因与CCl4一样吗？ 4、同样是液态有机物，四氯化碳和氯仿都是良好的有机溶剂，而二氯甲烷却不是，为什么？ 。
【教学资源】 探究甲烷燃烧的产物 湖北省石首市文峰中学刘涛 果果查阅资料知道：2017年5月，我国在南海海域成功开采可燃冰。可燃冰外观像冰，主要成份是甲烷水合物（甲烷分子和水分子组成），可表示为CH4?nH2O，在开采过程中，若甲烷泄漏会导致严重的温室效应。果果对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，设计实验探究：【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？ 【查阅资料】①含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO； ②白色无水CuSO4粉末遇水变蓝色； ③C O与人体内的血红蛋白结合，会造成人中毒缺氧。 【猜想与假设】猜想一：CO2、H2O；猜想二：CO、H2O；猜想三：CO2、CO、H2O 【实验探究】将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过C﹣G装置（部分夹持、固 定装置省略）进行验证： ⑴装置A、B中标有数字的仪器名称①酒精灯，②锥形瓶。 若选用过氧化氢溶液和二氧化锰来制取氧气，应选用的发生装置是（填序号）。该反应的化学方程式为，该反应的基本类型为。 ⑵实验过程中观察到C中白色粉末变为蓝色，D、G中澄清石灰水变浑浊，F中红色粉末 变成黑色，由此推断猜想（填数字序号）成立。 ⑶实验过程中D装置的作用是；该反应的化学方程式是。 ⑷实验过程中用纯净O2而不用空气的原因是。 ⑸实验过程中C、D装置的顺序不能颠倒，原因是。 【反思与交流】日常生活中，使用含碳燃料一定要注意通风，防止中毒。 参考答案 ⑴酒精灯；锥形瓶；B；2H2O22H2O＋O2↑；化合反应； ⑵三； ⑶检验二氧化碳；CO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋H2O；
⑷空气中含有水蒸气和二氧化碳，影响检验结果。 ⑸气体通过澄清石灰水时会带出水蒸气。 【反思与交流】一氧化碳（或CO）。 同步训练 1．我国首次在南海成功试采海域可燃冰。可燃冰是一种主要含有甲烷水合物的化石燃料，下列关于可燃冰的认识，正确的是（） A．一种化合物B．一种高效清洁能源 C．一种可再生能源D．一种可以燃烧的固态水 2．2017年，我国海域可燃冰开采取得重大突破。下列有关可燃冰的叙述正确的是（）A．可燃冰是一种纯净物 B．可燃冰在常温常压下不易长久保存 C．可燃冰的成功开发利用使“水变油”成为可能 D．可燃冰作为一种清洁能源对环境没有任何危害 3．我国首次在南海神孤海域试采“可燃冰”（天然气水合物）成功。下列关于“可燃冰”说法正确的是（） A．“可燃冰”外形像冰，是天然气冷却后得到的固体 B．“可燃冰”燃烧后几乎不产生残渣和废气，被誉为“绿色能源” C．通常状况下，天然气和水就能结合成“可燃冰“” D．“可燃冰”储量巨大，属于可再生能源 4．目前，我国在可燃冰的开采技术上处于世界领先水平。可燃冰将成为未来新能源，外观像冰，主要含有甲烷水合物（由甲烷分子和水分子组成），还含少量二氧化碳等物质。可燃冰在低温和高压条件下形成．1体积可燃冰可储载100～200倍体积的甲烷气体，具有能量高，燃烧值大等优点。 ⑴可燃冰属于_____（填“可再生”或“不可再生”）资源。为缓解能源危机，人们还必须积极开发利用新能源，请写出两种新能源_______________；
万方数据
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甲烷-空气贫燃料预混燃烧的数值模拟 作者：吴振宇， 王成军， 王朝晖， 王丹丹， WU Zhen-yu， WANG Cheng-jun， WANG Zhao-hui ， WANG Dan-dan 作者单位：吴振宇,王成军,王丹丹,WU Zhen-yu,WANG Cheng-jun,WANG Dan-dan(沈阳航空航天大学,辽宁,沈阳,110136)， 王朝晖,WANG Zhao-hui(中国航空动力机械研究所,湖南,株洲,412002)刊名： 沈阳航空航天大学学报 英文刊名：JOURNAL OF SHENYANG INSTITUTE OF AERONAUTICAL ENGINEERING 年，卷(期)：2011,28(2) 被引用次数：1次 参考文献(9条) 1.张健;周力行突扩回流与大速差射流回流湍流气-固两相流动的数值模拟 1996(02) 2.张健;周力行突扩燃烧室湍流预混燃烧温度场的测量[期刊论文]-航空动力学报 1995(04) 3.王朝晖;王成军;王丹丹燃气轮机燃烧室燃烧气体燃料的数值模拟[期刊论文]-沈阳航空工业学院学报 2010(02) 4.Kee R J;Rupley F M;Miller J A The Chemkin thermodynamic data base 1990 5.Peters N Fifteen Lectures on Laminar and Turbulent Combustion 1992 6.李宇红;祁海鹰;张宏武甲烷预混燃烧火焰的详细数值模拟[期刊论文]-工程热物理学报 2002(01) 7.Igor V Novosselov;Philip C Malte,Development and Application of an Eight-step Global Mechan-ism for CFD and CRN Simulations of Lean-pre-mixed Combustors ASME GT2007-27990 2007 8.蒲宁;徐让书;吴超航空发动机燃烧室流动数值计算中湍流模型的比较[期刊论文]-沈阳航空工业学院学报 2008(05) 9.ANSYS.Inc FLUENT 6.3 User's Guide 2006 本文读者也读过(10条) 1.雷艳.张红光.白小磊.韩雪娇.王欣甲烷-氢气体燃料的定容燃烧研究[会议论文]-2010 2.邓凯脉动燃烧下甲烷部分预混火焰Nox生成机理和排放规律研究[学位论文]2010 3.任广旭.霍志成.刘秀娟.Ren Guangxu.Huo Zhicheng.Liu Xiujuan基于相似理论的航空发动机燃烧室工作过程试验模化研究[期刊论文]-工程与试验2010,50(2) 4.徐华胜.小城徐华胜燃烧室技术专家[期刊论文]-航空制造技术2011(5) 5.张磊磊.谭迎新.王星河.王高.ZHANG Leilei.TAN Yingxin.WANG Xinghe.WANG Gao甲烷-空气混合气燃烧过程的高速摄影测量[期刊论文]-测试技术学报2011,25(3) 6.吉倩.赵晨光.张宝诚.马洪安.JI Qian.ZHAO Chen-guang.ZHANG Bao-cheng.MA Hong-an某航空发动机环形燃烧室CO和UHC的数值计算[期刊论文]-沈阳航空航天大学学报2011,28(2) 7.乔伟彪.马贵阳.陈杨.杜明俊.齐国栋.QIAO Wei-biao.MA Gui-yang.CHEN Yang.DU Ming-jun.QI Guo-dong燃烧器不同因素对燃料转化率影响的数值计算[期刊论文]-化学工程2011,39(5) 8.李成兵.吴国栋.周宁.罗勇.LI Chengbing.WU Guodong.ZHOU Ning.LUO Yong N2/CO2/H2O抑制甲烷燃烧数值分析[期刊论文]-中国科学技术大学学报2010,40(3) 9.张红光.白小磊.韩雪娇.孙娜.ZHANG Hong-guang.BAI Xiao-lei.HAN Xue-jiao.SUN Na甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究[期刊论文]-兵工学报2011,32(2) 10.胡婷婷.吕海港.张彦.双少敏.董川CH_4+O_2→·CH_3+HO_2·反应机理:CASPT2量子化学研究[期刊论文]-分析化学2009,37(z1) 引证文献(1条)
高中化学复习知识点：甲烷的燃烧 一、单选题 1．甲烷是天然气的主要成分，是一种高效、污染小的清洁能源。下列有关甲烷的说法正确的是（ ） ①甲烷是一种正四面体结构的分子 ②甲烷与氯气以物质的量之比为1：1发生取代反应时，生成物只有CH 3Cl 和HCl ③0.5molCH 4完全燃烧时消耗1molO 2 ④1molCH 4全部生成CCl 4，消耗2molCl 2 A ．①② B ．③④ C ．①③ D ．②④ 2．25℃和101kPa 时，乙烷，乙炔和丙烯组成的混合径32mL 与过量氧气混合并完全燃烧，除去水蒸气，恢复到原来的温度和压强，气体总体积缩小了72Ml,原混合烃中乙炔的体积分数为 A ．12.5% B ．25% C ．50% D ．75% 3．一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO 、CO 2和水蒸气，此混合气体质量为49.6g ，当其缓慢经过无水CaCl 2时，CaCl 2增重25.2g ，原混合气体中CO 2的质量为（ ） A ．12.5g B ．13.2g C ．19.7g D ．24.4g 4． 一定量的甲烷恰好与一定量的氧气完全反应后得到CO 、CO 2和水蒸气共30．4g ，该产物缓缓通过浓硫酸充分吸收后，浓硫酸增重14．4g ，则此甲烷完全燃烧还需要氧气的体积（标准状况）为 A ．1.12L B ．2.24L C ．3.36L D ．4.48L 5．下列反应中，光照对反应几乎没有影响的是 A ．氯气与氢气反应 B ．次氯酸分解 C ．甲烷与氯气反应 D ．甲烷与氧气反 应 6．下列反应属于取代反应的是（ ） A ．222HI Cl =2HCl I ++ B ．4222CH 2O CO 2H O ???→++点燃 C ．2222CH Br Cl CHClBr HCl +????→+一定条件 D ．44Zn CuSO =ZnSO Cu ++ 7．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法，是将它们分别（ ）
CH4＋2O2→点燃→CO2＋2H2O（淡蓝色火焰） CH4＋Cl2→光照→CH3Cl(g)＋HCl （一氯代物） CH3Cl＋Cl2→光照→CH2Cl2(l)＋HCl（二氯代物） CH2Cl2＋Cl2→光照→CHCl3(l)＋HCl（三氯代物） CHCl3＋Cl2→光照→CCl4(l)＋HCl（四氯化碳） CH2=CH2+ 3O2→点燃→2CO2+2H2O(明亮火焰及黑烟) CH2＝CH2 + KMnO4 +H2SO4 →CO2+ MnSO4+ K2SO4+ H2O （变无色） CH2＝CH2 + Br2→CH2BrCH2Br（二溴乙烯） CH2=CH2+ H2 →催化&加热→CH3CH3 CH2=CH2 + H—Cl →催化&加热→CH3—CH2Cl(氯乙烷) CH2=CH2+ H2O →催化&加热&加压→CH3CH2OH（乙醇）nCH2=CH2→催化→[ CH2-CH2 ] n (聚乙烯) 2C6H6+ 15O2→点燃→12CO2 + 6H2O（明亮带有浓烟的火焰）(C6H6)+HO-NO2→浓硫酸&加热→(C6H5-NO2硝基苯)+H2O C6H6+Br2→FeBr3→(C6H5-Br溴苯)+HBr C6H6+3H2→Ni加热→(C6H12,环乙烷) 2C2H5OH+2Na→2C2H5Na+H2↑ 2C2H5OH+Mg→(C2H5O)2Mg(乙醇镁)+ H2↑ C2H5OH +3O2→点燃→2CO2+3H2O 2Cu+O2→加热→2CuO CH3CH2OH + CuO→加热→CH3CHO +Cu +H2O 总式：2CH3CH2OH + O2→Cu→2CH3CHO + 2H2O
燃烧器内甲烷和空气的燃烧 问题描述 这个问题在图1中以图解的形式表示出来。此几何体包括一个简化的向燃烧腔加料的燃料喷嘴，由于几何结构对称可以仅做出燃烧室几何体的1/4模型。喷嘴包括两个同心管，其直径分别是4个单位和10个单位，燃烧室的边缘与喷嘴下的壁面融合在一起。 图1：问题图示 本题涉及到： 一、利用GAMBIT建立燃烧器计算模型 （1）在GAMBIT中画出燃烧器的图形； （2）对各条边定义网格节点的分布； （3）在面内创建网格； （4）定义边界类型； （5）为FLUENT5/6输出网格文件。 二、利用FLUENT-3D求解器进行求解 （1）读入网格文件； （2）确定长度单位：mm； （3）确定流体材料及其物理属性； （4）确定边界类型； （5）计算初始化并设置监视器； （6）使用非耦合、隐式求解器求解； （7）利用图形显示方法观察流场、压力场与温度场。
一、利用GAMBIT建立计算模型 启动GAMBIT。 第一步：选择一个解算器 选择用于进行CFD计算的求解器。 操作：Solver -> FLUENT5/6 第二步：生成两个圆柱体 1、生成一个柱体以形成燃烧室 操作：GEOMETR->VOLUME -> CREATE VOLUME R 打开Create Real Cylinder窗口，如图2所示 图2：生成圆柱对话框 a)在柱体的Height中键入值1.2。 b)在柱体的Radius 1中键入值0.4。 Radius 2的文本键入框可留为空白，GAMBIT将默认设定为Radius1值相等。 c)选择Positive Z（默认）作为Axis Location。 d)点击Apply按钮。 2、按照上述步骤以生成一个Height =2，Radius 1 =1并以positive z为轴的柱体。 3、点击在Global Control工具栏左上部的FIT TO WINDOW命令按钮，去观察柱体的生成。 这两个柱体在图3中示出，按住鼠标左键并拖动它以观察视图的旋转。你可以按下鼠标右键并把鼠标沿靠近或远离你的方向拖动以放大或缩小视图。
化学方程式大全 一、氧气的性质： （1）单质与氧气的反应：（化合反应） 1. 镁在空气中燃烧：2Mg + O2 点燃 2MgO 2. 铁在氧气中燃烧：3Fe + 2O2 点燃 Fe3O4 3. 铜在空气中受热：2Cu + O2 △ 2CuO 4. 铝在空气中燃烧：4Al + 3O2 点燃 2Al2O3 5. 氢气中空气中燃烧：2H2 + O2 点燃 2H2O 6. 红磷在空气中燃烧：4P + 5O2 点燃 2P2O5 7. 硫粉在空气中燃烧： S + O2 点燃 SO2 8. 碳在氧气中充分燃烧：C + O2 点燃 CO2 9. 碳在氧气中不充分燃烧：2C + O2 点燃 2CO （2）化合物与氧气的反应： 10. 一氧化碳在氧气中燃烧：2CO + O2 点燃 2CO2 11. 甲烷在空气中燃烧：CH4 + 2O2 点燃 CO2 + 2H2O 12. 酒精在空气中燃烧：C2H5OH + 3O2 点燃 2CO2 + 3H2O （3）氧气的来源： 13．玻义耳研究空气的成分实验2HgO △ 2Hg+ O2 ↑ 14．加热高锰酸钾：2KMnO4 △ K2MnO4 + MnO2 + O2↑ 15．过氧化氢在二氧化锰作催化剂条件下分解反应：H2O2 MnO2 2H2O+ O2 ↑二、自然界中的水： 16．电解水：2H2O 通电2H2↑+ O2 ↑ 17．生石灰溶于水：CaO + H2O = Ca(OH)2 18．二氧化碳可溶于水： H2O + CO2=H2CO3 三、质量守恒定律： 19．镁在空气中燃烧：2Mg + O2 点燃 2MgO 20．铁和硫酸铜溶液反应：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 21．氢气还原氧化铜：H2 + C uO △ Cu + H2O 22. 镁还原氧化铜：Mg + CuO △ Cu + MgO 四、碳和碳的氧化物： （1）碳的化学性质 23. 碳在氧气中充分燃烧：C + O2 点燃 CO2 24．木炭还原氧化铜：C+ 2CuO 高温2Cu + CO2↑ 25．焦炭还原氧化铁：3C+ 2Fe2O3 高温4Fe + 3CO2↑ （2）煤炉中发生的三个反应：（几个化合反应） 26．煤炉的底层：C + O2 点燃 CO2 27．煤炉的中层：CO2 + C 高温 2CO 28．煤炉的上部蓝色火焰的产生：2CO + O2 点燃 2CO2 （3）二氧化碳的制法与性质： 29．大理石与稀盐酸反应：CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ 30．碳酸不稳定而分解：H2CO3 = H2O + CO2↑ 31．二氧化碳可溶于水： H2O + CO2=H2CO3 32．高温煅烧石灰石（工业制二氧化碳）：CaCO3 高温CaO + CO2↑ 33．石灰水与二氧化碳反应：Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓+ H2O （4）一氧化碳的性质： 34．一氧化碳还原氧化铜：CO+ CuO △ Cu + CO2
一第21卷第6期 洁净煤技术 Vol．21一No．6一一2015年 11月 Clean Coal Technology Nov.一 2015一 甲烷燃烧炉结构及工艺对NO x 浓度影响的模拟 王一菲,胡仰栋,伍联营,张伟涛,王一颖 (中国海洋大学化学化工学院,山东青岛一266100) 摘一要:为了降低甲烷燃烧炉氮氧化物(NO x )的排放,利用计算流体力学软件FLUENT 对圆柱型甲烷燃烧炉的燃烧过程进行了三维数值模拟三考察了不同空气入口结构对炉内流场及NO x 排放浓度的影响三结果表明:采用均匀分布的外围多股空气入口结构可显著降低出口NO x 的排放;围绕甲烷入口的环形空气入口结构可有效维持高温区域在炉中心不发生偏移,且炉内温度分布均匀;因此采用环形加外围多股空气入口的结构较为合理三对此种结构进一步考察了环形空气入口气速及空气中氧体积分数的影响三过量空气系数为1．4时,NO x 排放浓度随环形空气入口气速的增加而单调降低;过量空气系数为1．1时,NO x 排放浓度存在极低值三空气入口氧体积分数从21%降低到15%,可减小出口NO x 排放;低于20%时,NO 排放质量分数低于2?10-5三关键词:圆柱型甲烷燃烧炉;甲烷;NO x 排放;数值模拟 中图分类号:TK227一一一文献标志码:A一一一文章编号:1006-6772(2015)06-0085-06 Effects of structures and technological conditions on NO x emission in methane combustion furnace based on numerical simulation WANG Fei,HU Yangdong,WU Lianying,ZHANG Weitao,WANG Ying (College of Chemistry Engineering ,Ocean University of China ,Qingdao 一266100,China ) Abstract :In order to reduce NO x emission,three -dimensional numerical simulations were made for combustion process in cylindrical methane combustion furnace by using computational fluid dynamics software FLUENT.The flow field and NO x emission under different air inlet structure were investigated.The results showed that,air inlet distributed uniformly around the fuel inlet helped to reduce NO x emis-sion.Circular air inlet around the fuel inlet could keep the high -temperature region being in center position and keep temperature distribu-tion in furnace uniform.Therefore,the combination of the two structures would have a positive impact on reducing air pollution.The influ-ence of air velocity in circular entrance and oxygen concentration in the air were investigated.When the excess air coefficient was 1.4,NO x emission decreased by increasing the air velocity in circular entrance.While the excess air coefficient dropped to 1．1,the NO x emission reached the lowest.The NO x emission decreased when the oxygen concentration of air inlet dropped to 15%from 21%.The NO emission was under 2?10-5when the oxygen concentration was under 20%. Key words :cylindrical methane combustion furnace;methane;NO x emission;numerical simulation 收稿日期:2015-05-22;责任编辑:孙淑君一一DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2015.06.021基金项目:国家自然科学基金资助项目(21376231) 作者简介:王一菲(1990 ),女,山东济南人,硕士研究生,从事过程系统工程方向的研究工作三E -mail :fayfeifay@yeah．net 三通讯作者:胡仰栋,教 授,E -mail :ydhuhd@ouc．edu．cn 引用格式:王一菲,胡仰栋,伍联营,等.甲烷燃烧炉结构及工艺对NO x 浓度影响的模拟[J].洁净煤技术,2015,21(6):85-90. WANG Fei,HU Yangdong,WU Lianying,et al .Effects of structures and technological conditions on NO x emission in methane combustion furnace based on numerical simulation[J].Clean Coal Technology,2015,21(6):85-90. 0一引一一言 燃烧技术提供的能量超过世界所需能量的 90%,有效降低燃烧过程的氮氧化物(NO x )排放是 近些年来广为关注的热点问题[1]三与传统燃烧技术相比,高温贫氧燃烧技术能够有效降低NO x 二CO二 CO 2的排放[2-3]三国内外高温贫氧燃烧的实验都取得了很好的结果三Nishimura 等[4]通过实验将蓄热 5 8
第三章有机化合物 第一节最简单的有机化合物——甲烷 第1课时甲烷的性质 一、选择题： 1．下列有关甲烷的说法中错误的是 A．采煤矿井中的甲烷气体是植物残体经微生物发酵而来的 B．天然气的主要成分是甲烷 C．甲烷是没有颜色、没有气味的气体，极易溶于水 D．甲烷与氯气发生取代反应所生成的产物四氯甲烷是一种效率较高的灭火剂 2．下列物质在一定条件下可与CH4发生化学反应的是 A．氯水 B．溴水 C．氧气 D．酸性KMnO4溶液 3．下列气体在氧气中充分燃烧后，其产物既可使无水硫酸铜变蓝，又可使澄清石灰水变浑浊的是 A．SO2 B．CH4 C．H2 D．CO 4．下列物质的分子中，属于正四面体结构的是 A．CCl4 B．CHCl3 C．CH2Cl2 D．CH3Cl 5．下列微粒中，与甲烷分子具有相同的质子数和相同的电子数的是 A．HCl B．NH3 C．NH4＋ D．OH－ 6．光照对下列反应几乎没有影响的是 A．氯气与氢气的反应 B．氯气与甲烷的反应 C．甲烷与氧气的反应D．次氯酸的分解反应7．鉴别甲烷、一氧化碳和氢气三种无色气体的方法，是将它们分别 A．先后通入溴水和澄清石灰水 B．点燃后罩上涂有澄清石灰水的烧杯
C ．点燃，先后罩上干燥的冷烧杯和涂有澄清石灰水 的烧杯 D ．点燃后将燃烧产物通入澄清石灰水 8．下列反应属于取代反应的是 A ．CH 4――→高温C ＋2H 2 B ．2HI ＋Cl 2===2HCl ＋I 2 C ．CH 4＋2O 2――→点燃CO 2＋2H 2 O D ．CH 4＋Cl 2――→光CH 3Cl ＋HCl 9．一定量的甲烷燃烧后得到CO 、CO 2及水蒸气，混合气共重49.6 g ，通过无水CaCl 2时，CaCl 2增重25.2 g ，则CO 2的质量为 A ．12.5 g B ．13.2 g C ．19.7 g D ．24.4 g 10．1 mol CH 4和Cl 2发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代物的物质的量相等，则消耗的Cl 2为 A ．0.5 mol B ．2 mol C ．2.5 mol D ．4 mol 12．下列关于甲烷与Cl 2的取代反应所得产物的说法正确的是 A ．都是有机物 B ．都不溶于水 C ．有一种气态物质，其余均是液体 D ．除一种外均是四面体结构 二、 非选择题： 13．甲烷的电子式为_______，结构式为________。1 g 甲烷含_______个甲烷分子，4 g 甲烷与_______g 水分子数相等，与______g 一氧化碳原子数相等。
基于fluent 的甲烷燃烧二维模拟分析 陈飞 1434422 (同济大学汽车学院，上海) 摘要: 目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。甲烷属于可再生气体燃料，可以实现与空气的良好预混，利用fluent 进行甲烷燃烧的数值模拟进行仿真分析。Fluent 提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。根据模拟结果分析甲烷作为车用替代燃料的可行性。 关键词: 替代燃料；燃烧的数值模拟；甲烷燃烧；fluent 仿真 1. 引言 燃烧是燃料与氧化剂之间的发光发热的化学反应，根据反应前各组分的分布，可以分为预混燃烧，扩散燃烧和部分预混燃烧。其中预混燃烧较多的应用于汽车工业的车用汽油发动机。目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。 1.1. 燃烧的数值模拟 燃烧的数值模拟是通过CFD 软件实现对实际燃烧过程的仿真模拟，求解流畅流动特性及其混合特性，温度场、组分浓度场以及颗粒和污染物排放等，从而提供实际燃烧过程的参考，对于产品研发，科学研究都有很大的意义。 燃烧的数值模型主要运用模拟软件根据燃烧模型进行仿真，目前可用于燃烧数值模拟的软件有FLUENT,STAR-CD,CHEMKIN,KIVA 等。燃烧模型主要根据不同燃烧的特点设置求解参数，包括如下内容：稀疏相模型、输运控制方程、燃烧模型、辐射换热模型、污染物模型。 Fluent 提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。其中对于反应r 中的物质i 的产生速率r i R ,由下面两个式子给出： ???? ??=R w r R R R i w r i r i M v Y k A M v R ,',,',,min ε ρ （1.1） ∑∑=N j j w n r j p p i w r i r i M v Y k AB M v R ,,,',,ερ （1.2） 式中，p Y ——任何一种产物的质量组分； R Y ——某种产物的质量组分；
甲烷 ?甲烷： (1)结构式：、球棍模型：、比例模型： 空间构型为正四面体。 (2)物理性质：无色无味的气体，密度0.717g/L，记忆溶于水。 (3)化学性质：通常情况下甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸 强碱不反应，可发生氧化反应、取代反应 ①氧化反应：CH4+O2CO2+2H2O ②取代反应：CH4+Cl2CH3Cl+HCl，甲烷在光照条件下反应，现象：试管内气 体颜色逐渐变浅，试管壁上有油状液滴，试管中有少量白雾。甲烷中四个氢原子都可以与氯气发生取代，甲烷的4中氯代产物都不溶于水，常温下，一氯甲烷是气体，其他都为液体，三氯甲烷俗称氯仿。 ? 1.甲烷的存在与用途(1)甲烷的存在甲烷是天然气、沼气、油田气和煤矿坑道气的主要成分。我国的天然气主要分布在中西部地区及海底。(2)甲烷的主要用途以甲烷为主要成分的天然气和沼气都是理想的清洁能源。甲烷还可用作化工原料。归纳总结：甲烷分子空间构型为正四面体形，碳原子位于中心，4个氢原子位于顶点，4个C—H键的思维启迪一个碳原子以4个单键与其他原子相结合时：①如果这4个原子相同，则分别在四面体的顶点上，构成正四面体。②如果这4个原子不相
同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体。③无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。 ?甲烷与氯气等卤素单质反应的注意事项： 1．反应条件为光照，在室温或暗处不发生反应，但不能用强光直接照射，以免引起爆炸。 2．甲烷与溴蒸气、碘蒸气等纯卤素也能发生类似反应，但不能与溴水、碘水发生反应。 3．甲烷与氯气的反应是一种连锁反应，不会停留在某一步，因此产物一般是五种物质的混合物。 4．CH4与Cl2在光照条件反应，生成物中HCl的物质的量最多。 5．1mol有机物CxHy与Cl2发生完全取代反应时，消耗Cl2的物质的量为 ymol。 原子共面的判断方法: 判断有机物分子中的原子是否共面，首先要熟悉常见的分子构型。如甲烷分子(CH4)为正四面体结构，其分子中最多有三个原子共面；乙烯分子(CH2=CH2)中的所有原子共面；苯分子(C6H6)中的所有原子共面。在判断有机物分子中原子共面情况时，把要分析的分子看做是简单的常见分子的衍生物，即复杂问题简单处理 (1)在甲烷分子中，一个碳原子和任意两个氢原子可确定一个平面，即甲烷分子中 有且只有三个原子共面。当甲烷分子中的某个氢原子被其他原子或原子团取代时，则代替该氢原子的原子一定在原来的平面上。 (2)乙烯分子中所有原子在同一平面内，键角为120。。当乙烯分子中的某个氢原
甲烷燃烧的数值模拟及分析 主要分为三个部分，第一部分讲解甲烷在炉膛内燃烧的模型建立的方法；第二部分对甲烷燃烧模型的数值模拟结果进行分析和比较；第三部分为结论。 一、模型建立 1、在Gambit中建立计算区域 在本例中建立圆柱形炉膛，并研究甲烷和空气在炉膛内的燃烧反应。 物理模型如下： 甲烷入口直径为10mm；空气入口直径为50mm；炉膛为直径为500mm；长度为1200mm的圆柱形。如图1。 图1圆柱形炉膛模型图 2、绘制网格 图2进口网格分布 甲烷和空气进口的网格元素选择四边形网格，如图2。炉膛表面的网格也是四边形网格，如图3。
图3炉膛表面网格分布 图4炉膛表面网格分布 图5炉膛出口网格分布 图6炉膛内部网格分布
3、指定边界条件 图7炉膛边界条件 Inlet1为甲烷入口，边界条件为速度入口； Inlet2为空去入口，边界条件为速度入口； Outlet为炉膛出口，边界条件为自由流； 其他炉膛壁面为墙体，边界条件为墙体。 4、导入fluent 具体信息如下： 54440mixed cells,zone2,binary. 326quadrilateral wall faces,zone3,binary. 1900quadrilateral wall faces,zone4,binary. 350quadrilateral wall faces,zone5,binary. 218quadrilateral outflow faces,zone6,binary. 204quadrilateral velocity-inlet faces,zone7,binary. 18quadrilateral velocity-inlet faces,zone8,binary. 108880triangular interior faces,zone10,binary. 11144nodes,binary. 11144node flags,binary. 缩放信息如下图： 图8缩放信息图 5、选择计算模型