發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 09:42

　　 湍流燃燒的數(shù)值模擬已經(jīng)成為與實(shí)驗(yàn)同等重要的研究方法。隨著計(jì)算機(jī)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(duì)強(qiáng)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(duì)亞格子項(xiàng)進(jìn)行直接重構(gòu),從而精確預(yù)估亞格子項(xiàng)。本文采用非線性亞格子模型對(duì)有強(qiáng)烈剪切的湍流擴(kuò)散燃燒火焰進(jìn)行了大渦模擬。美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的值班射流系列火焰是經(jīng)過精確測(cè)量的,被公認(rèn)可以用與驗(yàn)證湍流燃燒模型的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。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(qiáng)烈相互作用,因此成為眾多湍流燃燒模型的模擬對(duì)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(shí)結(jié)合部分?jǐn)嚢杵?PaSR)燃燒模型和DRM19化學(xué)反應(yīng)機(jī)理對(duì)Sandia火焰D和F進(jìn)行大渦模擬研究,并將其模擬結(jié)果與動(dòng)態(tài)一方程湍流模型的計(jì)算結(jié)果、W.P.Jones的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(zhǔn)確的預(yù)估湍流燃燒中的速度場(chǎng)、標(biāo)量場(chǎng)分布及湍流混合過程。NLES方法能較準(zhǔn)確捕捉著火位置和火焰結(jié)構(gòu),很好地預(yù)報(bào)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(qiáng)烈局部熄火,這表明該方法對(duì)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ΑＷ詈蟮难芯勘砻?火焰中存在的局部熄火和再燃現(xiàn)象是高標(biāo)量耗散率和湍流輸運(yùn)綜合作用的結(jié)果。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(jìn)而改變火焰結(jié)構(gòu)，而湍流強(qiáng)度達(dá)到一定程度會(huì)引發(fā)局部熄火，甚至火焰吹熄等現(xiàn)象。同時(shí)，燃燒釋放熱量反過來也會(huì)影響到流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。因此，如何準(zhǔn)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(shí)際中的燃燒器很多時(shí)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(duì)湍流燃燒的數(shù)值模擬進(jìn)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(diǎn)在于開發(fā)更符合實(shí)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(kuò)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(jì)算的湍流火焰局部溫度的時(shí)間演化圖。下面將簡要介紹這三種模擬方法。

圖 1.2 流場(chǎng)某點(diǎn)速度隨時(shí)間的演化圖，真實(shí)值與 LES 計(jì)算值的對(duì)比圖[4]。對(duì)連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、化學(xué)組分和焓的傳輸方程進(jìn)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(kuò)散項(xiàng)，hs 是外熱源項(xiàng)如輻射熱， = ∑ =1是化學(xué)

來驗(yàn)證模型的正確性。同時(shí)該系列火焰中存在局部熄火和再燃現(xiàn)象，對(duì)這些湍流燃燒的特征現(xiàn)象的研究將有利于深入認(rèn)識(shí)湍流與燃燒之間的相互作用關(guān)系，對(duì)揭示湍流燃燒的內(nèi)部機(jī)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(duì) 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(jìn)行詳細(xì)介紹。1.4.1 火焰面模型（flamelet model）
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2877784