(2020年整理)chemkin模拟稳态一维层流.doc
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学 海 无 涯
稳态一维层流燃烧实验
一 实验目的
一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一。
在此火焰中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。描述一维预混火
焰的方程组是：压力为常数的条件下的质量守衡，能量守恒，组分守恒以及理想
气体状态方程。虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间
的关系，但不能唯一确定层流火焰速度，其准确解只有通过数值积分才能获得。
本实验考察层流火焰的传播速度以及与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及
未燃气体的温度的关系。
二 实验方法
采用Chemkin自带的实例flame_speed_freely_pripagating.ckprj（甲烷-空气
火焰传播速度）。模拟绝热、大气压力、自由传播、化学当量混合甲烷-空气预混
合燃烧火焰的传播速度。模拟计算中不考虑NOx形成，仅采用甲烷-空气骨架燃
烧机理。火焰用详细轴向温度分布做定温计算。设置火焰温度（在入口温度到峰
值温度间），通过调节反应器内部的计算区域，来获得预热到反应完整过程，保
证初始温度变化曲线足够平坦（温度梯度为0），计算报表反馈火焰传播速度。
三 实验步骤
启动Ckemkin
点击Open Project
双击samples
单击flame_speed_freely_propagating.ckprj
单击Select按钮
双击左侧浏览器中的Pre-Processing 选项
在弹出的新窗口中，点击Run Pre-Processon按钮，①View Results...按钮
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可用；②左侧浏览器中出现Run Model选项
(可选)点击View Results...按钮，可查看甲烷的气相反应机理和气相传递
数据。
双击右侧浏览器中的Run Model选项，出现Run
Model(flame_speed_freely_propagating)窗口。
点击Create Input File按钮，Run Model按钮可用。
点击Run Model按钮，计算甲烷-空气层流燃烧。
四 查看和分析实验结果
1）查看实验结果
打开工作目录下的flame_speed_freely_propagating.out文件，编辑/查找，在
查找对话框内输入“cm/s”，查找该文件中最后一个速度栏。在该栏下的第
一个数值就是层流火焰的传播速度，为41.01cm/s.
点击Run Model窗口中的Run Post Processor按钮，弹出Select Results to
Import to Plotting Package窗口。
点击Solution Sets选项卡，选择最后一个计算结果：
Solution_variables_vs_distance_for_Soln_No_3
点击Species/Variables选项卡，首先点击None按钮，清除所有被选中的选项，
然后选择所需查看的参数，点击OK按钮显示二维曲线图。
① 压力pressure-distance曲线
图1 压力-距离曲线
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② 温度temperature-distance曲线
图2 温度-距离曲线
③ 净反应速率 net_reaction_rate-distance曲线
图3净反应速率-距离曲线
④ 轴向速度 Axial_velocity-distance曲线
图4轴向速度-距离曲线
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⑤ 甲烷摩尔分数Mole_franction_CH4-distance曲线
图5甲烷摩尔分数-距离曲线
⑥ 其它参数随距离变化的曲线
2）改变初始条件，观察层流火焰传播速度
对于自由传播火焰问题，在两个不同面板输入新鲜气体混合物的性质。未然
operty Data选项卡中定义，如图7所示。甲烷-空气混合物的组分在R1_IN面板
Species-specific Property 选项卡中定义，如图6所示。初始假设的质量流率在
Stream Pr
图6 未然混合物组分定义
