气体微尺度混合与燃烧的直接模拟蒙特卡洛法研究

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1、硕士学位论文气体微尺度混合与燃烧的直接模拟蒙特卡洛法研究DSMCInVestigationonGaseousMixingandCombustionatIⅥicroscale学号：21l幽完成日期：2Q!垒!墨大连理工大学DaliaIlUniVersityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对

2、本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：氢签邀屋廑退佥生燧烧鲍童接搓拯墓壁圭盗法盈窒作者签名：丝!垄鱼日期：圣!!±年—厶月二生曰大连理工大学硕士学位论文摘要近百年来，人类社会发展与化石燃料消耗紧密联系。化石燃料的消耗为工业发展提供动力的同时，其污染物的排放也给人类生活环境带来了巨大挑战，再加上化石燃料的不可再生性以及低碳理念的全球流行，使得研究人员在提高燃烧效率、减少污染物和二氧化碳排放、寻找新型可替代能源等方面做出了诸多努力。而微型化燃烧技术，如多孔介质燃烧、微型燃烧

3、器燃烧，因其能量密度高、面积体积比可观、蓄放热能力强等特点得到了越来越广泛的重视。对该技术所涉及到的微尺度流体行为进行研究不仅有利于相关产品的优化设计，而且对于其他MEMS器件的研究开发也至关重要。因此，本文基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法对微尺度下的气体混合与燃烧过程进行了研究。在气体微尺度混合方面，本文采用变径软球(VSS)模型，分别对高度为1“m的平行微通道和Y型微通道内的C0、N2两种气体的混合过程进行模拟。研究了壁面调节系数和隔板厚度对平行微通道内气体混合过程的影响；考察了壁面温度、入流速度以及支通道夹角对Y型微通道内气体混合过

4、程的作用。结果表明：两种几何结构下的气体混合过程都存在一种组分向另一组分上游扩散现象；平行微通道中壁面调节系数通过影响气体流速来间接影响气体混合过程，而隔板厚度通过引起末端流场微小扰动来促进混合过程的进行；Y型微通道内的气体混合过程主要发生在接合区，并且混合长度随壁面温度的升高以及入流速度的减小而单调减小；支通道夹角对Y型微通道内气体混合过程的影响显著程度取决于其数值大小，夹角越小越能明显促进混合过程的进行。在气体微尺度燃烧方面，本文通过引入氢气／氧气6组分7步可逆基元燃烧反应机理，数值模拟了高度为10um，支通道夹角为120。的Y型微通道

5、内非预混燃烧过程。重点考察了不同入口砌数和不同壁面条件对燃烧过程的影响。结果表明：微尺度下气体燃烧并未出现明显的火焰现象，而且流体与壁面之间的热流量要远高于传统尺度情况；燃烧放热过程主要发生在接合区以及主通道前半区段内；垂直于流动方向截面上的速度分布曲线呈抛物线形，但壁面处出现了速度滑移现象，而且同一位置截面上的速度最大值随入口砌数的减小以及壁面温度的升高而增大；入口砌数对燃烧过程具有重要影响，它的升高虽然能够促进气体混合过程的进行但也会导致主要反应区内反应物的转化速率降低；不同位置处的壁面条件对反应过程的影响各不相同，支通道壁面主要影响支

6、通道内的气体反应过程，而主通道壁面主要影响主通道内各个组分的浓度分布。关键词：气体混合；微尺度燃烧；直接模拟蒙特卡洛法；平行微通道；Y型微通道气体微尺度混合与燃烧的直接模拟蒙特卡洛法研究DSMCInVestigationonGaseousMixingandCombustionatMicroscaleAbstractOverthepastcenturv，thedevelopmentofthehumansocia母hasbeencloselyassociatedwimfoss订如els．Theconsumptionoffossilmelspro

7、Videenergyandpowerforindustry’sdevelopment，butatthes锄etime，itspollutantemissionsalsobrou曲thugechallengestotheenviro珈mentofhumanliving．Duetothenonrenewabilityoff’ossil如elsandtheglobalacceptanceofthelowcarbonconcept，researchersaroundtheworldpaymoreaJldmoreattentionsonthestud

8、yofimproVingfuelcombustione箍ciency，reducingemissionsofpollutantsandcarbondioxide，lookingf