發(fā)布時間：2020-11-10 09:42

　　 湍流燃燒的數(shù)值模擬已經(jīng)成為與實驗同等重要的研究方法。隨著計算機的巨大發(fā)展,大渦模擬已經(jīng)成為湍流燃燒的主要模擬方法。目前大渦模擬采用的是基于渦粘性的線型亞格子模型,該模型對強烈剪切混合的模擬存著較大的誤差。非線性的亞格子模型在泰勒展開的基礎(chǔ)上對亞格子項進行直接重構(gòu),從而精確預(yù)估亞格子項。本文采用非線性亞格子模型對有強烈剪切的湍流擴散燃燒火焰進行了大渦模擬。美國Sandia國家實驗室的值班射流系列火焰是經(jīng)過精確測量的,被公認可以用與驗證湍流燃燒模型的標準實驗。其中的火焰D和F,由于存在著湍流燃燒中湍流與燃燒之間的強烈相互作用,因此成為眾多湍流燃燒模型的模擬對象。本文采用非線性亞格子梯度應(yīng)力模型(GDSM)和非線性亞格子通量模型,同時結(jié)合部分攪拌器(PaSR)燃燒模型和DRM19化學(xué)反應(yīng)機理對Sandia火焰D和F進行大渦模擬研究,并將其模擬結(jié)果與動態(tài)一方程湍流模型的計算結(jié)果、W.P.Jones的研究結(jié)果進行對比研究。模擬研究表明,相比于渦粘性亞格子模型,應(yīng)用非線性亞格子模型的大渦模擬方法(NLES)能更準確的預(yù)估湍流燃燒中的速度場、標量場分布及湍流混合過程。NLES方法能較準確捕捉著火位置和火焰結(jié)構(gòu),很好地預(yù)報火焰存在的局部熄火現(xiàn)象,尤其在火焰F中X/D=15徑向截面處的強烈局部熄火,這表明該方法對湍流燃燒中的局部熄火再燃現(xiàn)象的捕捉十分具有發(fā)展?jié)摿�。最后的研究表�?火焰中存在的局部熄火和再燃現(xiàn)象是高標量耗散率和湍流輸運綜合作用的結(jié)果。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK16
【部分圖文】：

從而影響化學(xué)反應(yīng)速率，進而改變火焰結(jié)構(gòu)，而湍流強度達到一定程度會引發(fā)局部熄火，甚至火焰吹熄等現(xiàn)象。同時，燃燒釋放熱量反過來也會影響到流場的結(jié)構(gòu)。因此，如何準確描述湍流與燃燒之間的相互作用是至關(guān)重要的也是十分困難的。4）其它問題。工程實際中的燃燒器很多時候使用的不是氣體燃料，那就需要考慮燃燒過程中出現(xiàn)的多相流燃燒問題。廣大學(xué)者對湍流燃燒的數(shù)值模擬進行了大量的系統(tǒng)研究，但目前還無法得到令人滿意的結(jié)果。目前主流的關(guān)注點在于開發(fā)更符合實際物理過程的湍流模型和燃燒模型，以期正確描述湍流混合、分子擴散和化學(xué)反應(yīng)三者之間的相互關(guān)系。1.2 湍流燃燒數(shù)值模擬方法湍流燃燒數(shù)值模擬方法主要有三種，分別為直接數(shù)值模擬（DNS）、雷諾平均方法（RANS）和大渦模擬（LES）方法。圖 1.1 所示為 RANS、LES 和 DNS 三種方法計算的湍流火焰局部溫度的時間演化圖。下面將簡要介紹這三種模擬方法。

圖 1.2 流場某點速度隨時間的演化圖，真實值與 LES 計算值的對比圖[4]。對連續(xù)性方程、動量方程、化學(xué)組分和焓的傳輸方程進行空間—密度加vre 濾波），濾波后的控制方程如下[18,19]：0tjjux （( )ti i jijij ij i ju u u Pfx x x （tiii jij jij j jqqY u Yx x x （hthj j jihijj j j ju h DPq qux Dt x x u （ij 是濾波后分子剪切應(yīng)力張量，if 是外力如重力，jq 是濾波后分子熱流濾波后組分分子擴散項，hs 是外熱源項如輻射熱， = ∑ =1是化學(xué)

來驗證模型的正確性。同時該系列火焰中存在局部熄火和再燃現(xiàn)象，對這些湍流燃燒的特征現(xiàn)象的研究將有利于深入認識湍流與燃燒之間的相互作用關(guān)系，對揭示湍流燃燒的內(nèi)部機制具有重要作用。1.4 Sandia 值班射流系列火焰數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀目前關(guān)于 Sandia 值班射流系列火焰的數(shù)值模擬研究已經(jīng)非常多，主要的方法有雷諾平均（RANS）和大渦模擬（LES）。國內(nèi)對 Sandia 值班射流系列火焰的研究主要集中在火焰 D，且其中大多采用雷諾平均（RANS）方法[52-57]。Sandia 火焰 D/E/F的眾多大渦模擬研究當(dāng)中主要應(yīng)用了渦粘性亞格子模型和各式各樣的燃燒模型，如火焰面模型（flamelet model）、PDF 方法、條件矩（CMC）模型等等，下面將以不同燃燒模型為分類進行詳細介紹。1.4.1 火焰面模型（flamelet model）
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 田曉晶;崔玉峰;房愛兵;聶超群;;預(yù)混段結(jié)構(gòu)對氫燃料旋流預(yù)混燃燒誘導(dǎo)渦破碎回火極限影響的數(shù)值研究[J];中國電機工程學(xué)報;2014年08期

2 隋春杰;周力行;林博穎;孔文俊;;湍流非預(yù)混燃燒數(shù)值模擬的代數(shù)二階矩模型[J];化工學(xué)報;2014年02期

3 劉玉英;吳輝霞;薛然然;張欣欣;;TRI對湍流火焰模擬中輻射源項的影響[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2011年02期

4 劉富強;張棟芳;崔耀欣;崔玉峰;徐綱;朱俊強;;某重型燃氣輪機環(huán)形燃燒室的數(shù)值模擬[J];燃氣輪機技術(shù);2011年01期

5 吳輝霞;劉玉英;薛然然;張榮春;樊未軍;;湍流射流火焰熱輻射影響的數(shù)值研究[J];工程熱物理學(xué)報;2010年11期

6 徐曉;陳義良;王海峰;;數(shù)值研究Sanida火焰D中輻射熱的影響[J];工程熱物理學(xué)報;2006年04期

7 崔玉峰;徐綱;聶超群;黃偉光;;數(shù)值模擬在合成氣燃氣輪機燃燒室設(shè)計中的應(yīng)用[J];中國電機工程學(xué)報;2006年16期

8 王海峰,陳義良,劉明侯;湍流擴散燃燒的數(shù)值研究—PDF方法和火焰面模型的性能比較[J];工程熱物理學(xué)報;2005年S1期

9 王海峰,陳義良;采用考慮詳細化學(xué)反應(yīng)機理的火焰面模型模擬湍流擴散火焰[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2004年01期

10 張會強,陳興隆,周力行,陳昌麟;湍流燃燒數(shù)值模擬研究的綜述[J];力學(xué)進展;1999年04期

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1 張宏達;湍流預(yù)混和分層燃燒中亞格子模型研究及其在大渦模擬中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李想;1000MW超超臨界前后墻旋流對沖鍋爐燃燒數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2012年

2 王超;600MW超臨界CFB鍋爐爐膛氣固流動特性的數(shù)值模擬研究[D];浙江大學(xué);2011年

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