CH4 燃烧详细的基元反应动力学为美国气体燃料研究所的GRI 机理。GRI 机理是以基元反应为基础，实验和理论结合确定速率参数，最新版本为GRI3.0，包含了53种物质和325个反应。详细的反应机理可以提高计算的精度，使其可以在更宽广的领域模拟CH4的燃烧。但是，过于详细的机理会增加计算的机时，影响工作效率。
在GRI3.0机理中，包含了所有的C1、C2、C3和C4的物质反应，CO和NOx的排放及一些中间产物的燃烧机理。对于特定的燃烧问题，一些中间产物的燃烧机理显得不是特别重要，因此，需要对CH4燃烧详细的动力学机理进行简化，在保证计算精度和缩减模拟时间的竞争关系中找到平衡点。
Warnatz 和郑清平分别提出了基于CH4燃烧详细动力学机理的23 步和42步简化模型。本书应用Kronenburg 的CH4燃烧简化模型仅考虑C1和C2的物质反应，另外，由于在CH4氧化过程中，涉及N 的反应为慢反应，C 在与N 发生反应之前已经被氧化成COx，因此，生成物中含N 物质的含量在整个氧化过程中所占比例很少，在简化模型中，基本忽略含N 物质的反应，仅保留NO 的排放反应。基于此，本书应用的CH4氧化过程简化模型包含4 类原子、21种物质和24个化学反应，简化机理的反应式见表5.1。
表5.1 CH4燃烧动力学简化模型
续表(www.xing528.com)
由简化模型和热力学计算可知，OH、H和O自由基在整个火焰化学动力学过程中起着非常重要的作用，含上述3 种自由基的链式反应过程决定着整个燃烧能否顺利进行。图5.3为依据Warnatz模型、郑清平模型、GRI3.0详细机理和Kronenburg 简化模型，由CHEMKIN 计算得到的OH、H 和O 自由基平衡含量。
由图5.3可知，由于Warnatz 模型、郑清平模型和Kronenburg 简化模型都忽略了一些抑制火焰燃烧的反应，比如H2O2自由基的消耗反应，导致由H2O2分解生成OH 的反应提前发生，使得CH4的点火时间明显提前。另外，由计算结果可知，Kronenburg 简化模型和郑清平的模型较为接近详细机理，而Kronenburg 简化模型包含更少的化学反应，可以在保证计算精度的前提下减少机时，因此，下文的模拟和分析均选用Kronenburg 的CH4燃烧简化模型。
图5.3 不同模型计算得到的OH、H和O自由基含量
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
