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为了提高燃料的燃烧效率和能源的利用率,本文首先采用飞秒激光等离子体对预混气体CH4/O2/N2作用,产生大量的激发态组分和活性粒子,加快链式反应的速率,从而有效地提高了燃烧速度和燃料的利用率。另一方面,为了实现反应和流动的耦合计算,解决数值模拟计算时间与求解精度的矛盾,本文基于敏感性分析的方法对飞秒激光激活气体分子助燃CH4/O2/N2燃烧的机理进行简化。 本文首先完善了激光激活气体分子的助燃模型。当预混气体中氧原子的摩尔浓度超过0.0084时,火焰的增强效果开始下降。通过分析激发态氮分子存在时层流预混火焰的传播速度和主要组分浓度的变化发现,N2(A3Σu+)解离CH4、CH3对贫燃和富燃火焰影响较大;N2(A3Σu+)与O2、CH4作用时,提高了F=0.9-1.3范围内的火焰传播速度。基于激光助燃(LPC)机理分析发现,1％、2%N2被激发为N2(A3Σu+)时,在整个当量比范围内,火焰传播速度均有提高。 其次,对GRI_3.0机理、激发态氧分子机理、臭氧机理作敏感性分析。在F=1.0时,对H2O、CO2、O2浓度影响最大的2个反应均是H+O2<=>O+OH和H+CH3(+M)<=>CH4(+M);对CH4浓度影响最大的2个反应是H+O2<=>O+OH和OH+CH4<=>CH3+H2O。对LPC机理作敏感性分析,发现对H2O、CO2、O2、CH4浓度具有最大敏感性系数的前2个反应分别为＃54和＃459(N2*+CH4=>N2+CH3+H)、＃54和＃166(CH2(S)+N2<=>CH2+N2)、＃54和＃70(H+CH3(+M)<=>CH4(+M))、＃54和＃116(OH+CH4<=>CH3+H2O)。所以,有飞秒激光作用时,混合气体中存在的多种活性组分会改变控制H2O、CO2等主要组分浓度的反应。 最后,对GRI_3.0机理、激发态氧分子机理、臭氧机理、激光助燃(LPC)机理进行简化,分别得到68步、49步、50步、62步简化机理。与详细结果对比表明,在整个当量比范围内,简化机理在计算火焰传播速度时的结果吻合都很好;在一定当量比范围内,62步简化机理计算的火焰传播速度值偏差较大,主要因为从460步反应缩减至62步反应,删去了很多放热反应;在一定当量比范围内,由简化机理计算出的O、OH自由基浓度均略有偏高,主要是因为删除了很多C2和含N物质的反应;反应物和生成物的浓度变化吻合得非常好。所以,利用浓度敏感性分析的方法对激光助燃详细机理进行简化是可行的,具有很好的准确性。