针对实际燃烧装置内的流动﹑燃烧过程的数值模型研究,学者们更多的把精力集中在流动问题的研究之上,而对燃烧过程中的化学反应本身考虑相对较少。以往的数值模拟研究大都采用了较为简单的化学反应机理,并应用同一反应机理计算各处的化学反应,而未考虑不同燃烧区域的特性。简单的化学反应机理往往不能全面、精确描述火焰的某些特征,尤其是在污染物排放的预报方面。美国麻省理工学院化工系Green博士等人提出的自适应化学理论(Adaptive Chemistry,简称AdapChem),将复杂的化学反应机理简化为适用于求解区域内不同空间位置(网格)和该网格中当地反应条件下的若干简化反应模型。反应机理的合理、精确简化是AdapChem应用的前提和基础。本论文针对AdapChem中所必须涉及的详细反应机理的搭建、基于敏感性分析的详细反应机理的最优简化及其简化模型在AdapChem中的应用,进行了如下研究:针对痕量元素Hg、Sn详细反应机理的建立,对Hg、Sn详细氧化反应机理的搭建原则和经验进行了归纳。首先,采用热力学平衡分析的方法确定Hg、Sn在反应体系中的主要存在形态;之后,充分考虑Hg、Sn氧化潜在的氧化剂,采用量子化学过渡态理论的方法,对Hg、Sn氧化的核心反应动力学参数进行直接计算;最后,在充分考虑了Hg、Sn反应系统中其它物质组分之间的可能基元反应之后,搭建分别得到最终的Hg、Sn详细反应机理。提出了一种基于敏感性分析的反应机理简化方法,该方法采用最优简化法简化反应机理,同时利用敏感性分析的方法验证简化结果,尝试揭示系统化学反应发生的潜在途径。本文采用最优简化法,对包含20个可逆基元反应的氢氧燃烧反应机理进行了简化。氢氧比为2:1时,在特征时间t1-t4下,简化机理的基元反应个数分别减少到6个、7个、14个和16个;同样对包含325个可逆基元反应的甲烷燃烧化学反应机理的简化结果表明:不同时刻下简化模型中反应的个数比原机理中的减少了2-6倍;点燃区(1.0×10-3 s附近)的简化机理最复杂,包含的基元反应最多(135个);燃尽区的简化机理最简单,包含的基元反应最少(51个)。且以上简化机理都保持了相当高的全尺度反应机理的计算精度。采用AdapChem的方法,对美国Yale大学甲烷/空气预混火焰的相关试验研究,进行了数值模拟,实现了对燃烧过程中温度、主量和非主量成分的精确预报。同时,在AdapChem方法首次引入了辐射模型DO法,完善了该理论的方法。对计算模拟结果与试验结果进行了比较。考虑辐射模型之后,辐射传热使得火焰的中心区域温度降低了20-100K,热量向四周辐射,火焰的外部区域温度升高,整个空间的温度分布更趋于合理。通过计算模拟结果与试验结果的比较,证明了引入辐射模型后的自适应化学理论计算方法更为精确。