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航空

發(fā)動機是飛機、導(dǎo)彈等飛行器的核心動力裝置，其中燃料的燃燒情況決定了它們的機動性和飛行能力。隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外的科學(xué)家和工程師越來越關(guān)注燃料燃燒對發(fā)動機工作過程的影響。

Reaction Design開發(fā)的CHEMKIN系列軟件可通過數(shù)值模擬的方法系統(tǒng)地研究燃燒室結(jié)構(gòu)、燃料成分對燃燒過程的影響，探索提高燃燒效率、燃燒穩(wěn)定性的途徑，為提升發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和可靠性提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

主要研究問題：

·        航空發(fā)動機燃燒室煤油燃燒過程研究

·        ENERGICO燃氣輪機燃燒模擬

典型算例：

·        燃氣輪機燃燒模擬

·        甲烷，空氣混合物的燃燒

·        99個反應(yīng)物，693個反應(yīng)

核心探討：

·        分析出口COx，UHC與NOx的濃度分布

·        應(yīng)用LBO貧油熄火分析判斷火焰的穩(wěn)定性

柴油機

廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)就是從發(fā)動機排氣中，引回部分廢氣與新鮮空氣共同進入發(fā)動機汽缸內(nèi)參與燃燒，既降低汽缸內(nèi)的燃燒溫度，又有效控制高溫富氧條件下NOx的生成，從而大大降低發(fā)動機廢氣中NOx含量。EGR系統(tǒng)是由發(fā)動機ECU（電控單元）進行控制，ECU通過進氣溫度傳感器，進氣壓力傳感器，水溫傳感器，發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，油門傳感器，以及車輛制動信號，來感知發(fā)動機的各種狀態(tài)，從而控制EGR控制閥的開度和廢氣再循環(huán)比率。

從技術(shù)特點看，EGR技術(shù)可以有效降低燃燒過程中氮氧化物的生成。由于引入溫度很高的廢氣，增加了整個發(fā)動機的熱負荷，不僅對發(fā)動機進氣過程的冷卻提出了更高要求，而且整個發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)散熱能力也需要提高。同時，由于需要控制氮氧化物生成，對燃燒過程的最高溫度和持續(xù)時間都必須進行嚴格控制。

EGR發(fā)動機的存在的問題的主要誘因是廢氣重新進入氣缸對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，所以進氣過程仿真是最重要的步驟。

·        進氣系統(tǒng)仿真

·        利用3D CFD方法模擬EGR發(fā)動機吸入廢氣和新鮮空氣混合后，缸內(nèi)的氣體成分和分布。

·        關(guān)注氣門表面的沖刷

·        關(guān)注廢氣溫度的變化，避免水氣凝結(jié)

·        噴油過程仿真

·        用3D CFD方法分析直列泵噴射系統(tǒng)的燃油蒸汽霧化過程

·        考察并比對有無EGR情況下，蒸發(fā)過程的異同，優(yōu)化噴油過程

·        燃燒過程仿真

·        利用3D CFD方法結(jié)合排放計算軟件CHEMKIN，選用準確機理，模擬NOx和顆粒物的生成過程

·        優(yōu)化NOx生成率、生成時間和EGR率的關(guān)系增壓器壓氣機仿真

·        利用3D 多組分計算考慮增壓器的葉片載荷以及腐蝕問題

·        發(fā)動機零部件結(jié)構(gòu)仿真

·        使用3D 強度分析軟件，針對耐久性試驗中出現(xiàn)問題的零部件，結(jié)合載荷應(yīng)力和熱應(yīng)力，進行零部件強度和疲勞分析，優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

SCR的應(yīng)用背景：

·        柴油機的PM與NOx排放存在著“trade-off”的關(guān)系

·        國III/國IV發(fā)動機排放控制的主流技術(shù)之一：增壓、中冷、共軌、SCR

優(yōu)點：

汽油機

從近年開始小排量、高增壓、缸內(nèi)直噴以及與之相配合的雙離合變速箱技術(shù)，使得車用汽油機的油耗大大降低，排放量顯著減少，綜合駕駛性能明顯提高。

CHEMKIN軟件為車用汽油機的模擬提供了一整套研發(fā)工具。

·        SinoFlow公司提供國內(nèi)93號，97號國家標(biāo)準汽油的化學(xué)成分分析。

·        CHEMKIN-WorkBench提供全套碳氫燃料機理包括汽油燃燒機理，提供全套機理簡化方法，為核心燃燒機理的開發(fā)提供了便捷工具。

·        CHEMKIN-CFD提供CHEMKIN核心求解器與通用CFD軟件的耦合運算。

·        FORTE作為著名的專業(yè)燃燒開發(fā)工具KIVA的最新商業(yè)版本，集成了幾十年KIVA的開發(fā)經(jīng)驗，包括Wisconsin ERC的模型，使用了動態(tài)網(wǎng)格分組和動態(tài)自適應(yīng)化學(xué)求解器，大大加快了求解速度，可以比常規(guī)CFD求解器快十倍以上。

·        CHEMKIN系列工具的汽油機燃燒模擬可以高精度的模擬點火、火焰?zhèn)鞑?、爆震、NOx生成、三元催化、顆粒物生成等一系列污染物生成和降低，是全新一代的低污染汽油機開發(fā)工具。

鍋爐

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，煤燃燒帶來的環(huán)境問題日益嚴重，燃煤產(chǎn)生的NOx和重金屬可嚴重危害人類的健康，對水資源、大氣和土壤造成極大的破壞。針對以上環(huán)境問題，各種煤燃燒污染物排放技術(shù)應(yīng)運而生。在各個技術(shù)實際運行中，運行條件的變化會造成脫除成本、效率的巨大差異。無論是設(shè)計人員還是現(xiàn)場運行工程師都希望能有一款CAE軟件來指導(dǎo)工業(yè)應(yīng)用。

Reaction Design開發(fā)的CHEMKIN系列軟件可針對工業(yè)應(yīng)用中影響脫除效率的主要因素進行數(shù)值模擬，揭示最佳的反應(yīng)條件，對工程應(yīng)用起到指導(dǎo)作用。 

主要解決問題：

·        選擇性催化還原（SCR）法脫除煙氣中的NOx

·        選擇性非催化還原（SNCR）法脫除NOx

·        燃煤過程中痕量重金屬分析（汞鉻）

·        再燃過程降低NOx

·        煙氣噴鈣還原NOx

·        等離子法脫除NOx

石油化工

乙烯是石油化工行業(yè)最重要的基礎(chǔ)原料之一，乙烯工業(yè)的技術(shù)水平是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。烴類裂解制乙烯是較大分子的烴類在高溫下發(fā)生斷鏈和脫氫反應(yīng)生成較小分子的乙烯和丙烯等產(chǎn)物的過程，包括脫氫、斷鏈、異構(gòu)化、芳構(gòu)化等諸多反應(yīng)。

Reaction Design開發(fā)的CHEMKIN系列軟件可全面系統(tǒng)地分析乙烯裂解爐內(nèi)燃燒、煙氣流動傳熱和管內(nèi)裂解原料反應(yīng)過程以及各個過程之間的耦合關(guān)系，為工程設(shè)計和操作提供理論指導(dǎo)。

微電子

化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)是全球范圍材料制作與加工行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的一種生產(chǎn)工藝，其機理是通過外來能量（熱源，等離子）激活氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成能夠沉積在反應(yīng)表面的密度稍大的較重物質(zhì)層，從而均勻地給表面鍍上一層的薄膜。目前CVD主要應(yīng)用于電子行業(yè)，包括集成電路、光電儀器、電子傳感器的制作與加工；催化劑生產(chǎn)；金屬的精細加工（如磨具、鉆頭加工），玻璃的生產(chǎn)，防高溫的陶瓷制品制作等等。

Reaction Design開發(fā)的CHEMKIN系列軟件可以對CVD工藝進行較好的模擬，能夠形象地反映表面反應(yīng)的過程，包括產(chǎn)物濃度的變化、產(chǎn)物沉積速率以及溫度和流場的分布等，從而可以幫助企業(yè)減少有害物質(zhì)的排放，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

主要應(yīng)用包括：

·        旋轉(zhuǎn)盤、管道流動，多晶片反應(yīng)器中CVD過程

·        反應(yīng)器中工況參數(shù)優(yōu)化

典型算例：

·        旋轉(zhuǎn)條件下硅烷氣相沉積工藝模擬

·        惰性氣體氦氣中1%的硅烷常溫下從上往下注入；

·        沉積墻面溫度1000K，且高速旋轉(zhuǎn)1000rpm；

·        17種反應(yīng)物，26個可逆反應(yīng)，其中13個表面反應(yīng)；

核心探討

·        分析反應(yīng)物的流動，反應(yīng)，沉積過程；

·        了解沉積速率，產(chǎn)物濃度分布等細微變化。

核工業(yè)

輕水堆核電站發(fā)生嚴重事故時 ,堆芯內(nèi)金屬的氧化反應(yīng)及堆芯熔融物與混凝土的反應(yīng)皆產(chǎn)生大量氫氣。氫氣在安全殼中擴散 ,同時不斷與空氣和水蒸氣混合 ,從而導(dǎo)致安全殼內(nèi)形成可燃混合氣體。氫氣在安全殼內(nèi)的燃燒將導(dǎo)致安全殼內(nèi)氣體壓力和溫度的快速上升 ,給安全殼的完整性帶來嚴重威脅。在嚴重事故下 ,對可燃混合氣體采取點火器對氫氣進行預(yù)先點火是一種有效的緩解措施 ,其目的是在事故早期將氫氣在較低濃度下點火 ,從而確保氫氣僅發(fā)生慢速的擴散燃燒。

在國家核安全局頒布的 《關(guān)于新建核電廠若干安全問題的技術(shù)政策》 中明確指出:嚴重事故下 ,必須消除威脅安全殼完整性的大規(guī)模的氫氣爆燃和爆炸。針對這一政策 ,中國在今后新建核電廠時 ,必須考慮嚴重事故下氫氣在安全殼內(nèi)的行為及其緩解措施。

CHEMKIN 作為作為世界上最頂尖的化學(xué)反應(yīng)機理分析、燃燒過程模擬、流場分析軟件尤其適合于核電氫氣點火安全特性研究。

CHEMKIN 具有非常強大的求解復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)問題的軟件包，適合用于對燃燒過程、催化過程、化學(xué)氣相沉積、等離子體及其他化學(xué)反應(yīng)的模擬。CHEMKIN 以氣相動力學(xué)、表面動力學(xué)、傳遞過程這三個核心軟件包為基礎(chǔ)，提供了對21 種常見化學(xué)反應(yīng)模型及后處理程序。CHEMKIN能夠?qū)錃恻c火燃燒的全過程進行完整精確的分析，從氫氣分布的三維計算流體力學(xué)模擬; 評估點火時氫氣發(fā)生火焰加速和燃爆轉(zhuǎn)變的可能性; 優(yōu)化點火器系統(tǒng)的空間布置及點火時間; 到氫氣擴散火焰和慢速燃燒的模擬，CHEMKIN都能發(fā)揮其強大的分析、計算機優(yōu)化能力。

碳煙

CHEMKIN-PTM理論介紹:

·        SOOT模型中定義的碳顆?？梢杂梢粋€或一組碳原子構(gòu)成

·        顆粒等級定義: 顆粒等級是由組成顆粒的固體組份的數(shù)量決定的,例如:一個碳顆粒的等級為100意思就是它由100個碳原子組成

·        粒子尺寸/等級的矩量函數(shù)

·        顆粒數(shù)量統(tǒng)計函數(shù) 

·        顆粒質(zhì)量統(tǒng)計函數(shù)             

·        顆?？傮w積統(tǒng)計 

·        顆粒平均直徑統(tǒng)計

·        顆粒團聚模型 

·        顆粒核形成反應(yīng) 

·        顆粒增長方式                                                                             

·        顆粒的縮減模型