Сокращенная кинетическая модель для моделирования сложных турбулентных пламен метана

Описана разработка сокращенных кинетических моделей высокотемпературного горения метана, применимых для моделирования многомерных турбулентных пламен. Формальное сокращение детального механизма USC Mech II для углеводородов $\mathrm{C1}$–$\mathrm{C4}$ методом упрощения графа прямых связей приводит к $31$-компонентной модели, применимой для бедных и стехиометрических условий. Дальнейшее исключение соединений, основанное на анализе чувствительности и временного масштаба, позволило сократить механизм до $22$ соединений. Кинетические параметры объединенных реакций имеют вид уравнения Аррениуса без нелинейных алгебраических членов, содержащих константы и концентрации исключенных стадий и соединений. Точности предсказания добивались путем варьирования предэкспоненциальных множителей глобальных выражений для скорости реакций при расчете “выбранных характеристик”. Более компактная глобальная модель, содержащая $14$ компонентов, была создана путем последовательного моделирования расходования горючего до метильных радикалов и затем их окислением до $\mathrm{CH}_2$ и $\mathrm{CO}$ при взаимодействии с $\mathrm{O}$ и $\mathrm{OH}$. При этом в механизме полностью сохранена схема $\mathrm{CO}/\mathrm{H}_2/\mathrm{O}_2$.
Образование этана путем рекомбинации $\mathrm{CH}_3$ и образование ацетилена также сохранены в обоих механизмах. Равновесные, предварительно перемешанные пламена в нуль- и одномерном приближении, а также осесимметричные приподнятые струйные ламинарные пламена моделировались в процессе итерационной проверки применимости механизмов. Для оптимизации механизмов использованы результаты моделирования по механизму USC Mech II и доступные экспериментальные данные. Сопоставление показало удовлетворительную работу механизмов в заданных условиях.