本文關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)亞網(wǎng)格“二階矩”湍流燃燒模型

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【摘要】：越來越多的燃燒器被應(yīng)用于工業(yè)裝置中,在當(dāng)今社會(huì),這些裝置的污染變得越來越嚴(yán)峻。因而對(duì)燃燒的研究變的越來越重要,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值模擬方法被越來越多的學(xué)者用來研究燃燒。數(shù)值方法主要分為三類:直接數(shù)值模擬(DNS)、大渦模擬(LES)和雷諾平均模擬(RANS)。直接數(shù)值模擬主要被用來研究湍流燃燒的基礎(chǔ)理論和燃燒模型的驗(yàn)證。盡管當(dāng)前DNS能被用來研究實(shí)驗(yàn)室尺度火焰,但是,它當(dāng)前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能被應(yīng)用于工業(yè)裝置的研究,這主要是因?yàn)镈NS需要的計(jì)算量很大。RANS和LES在計(jì)算上的花費(fèi)相較于DNS來說很小,LES比RANS提供更多的瞬態(tài)信息和增進(jìn)人們對(duì)湍流燃燒現(xiàn)象的深入了解,所以,大渦模擬被越來越多的學(xué)者用來研究燃燒問題。在之前的直接數(shù)值模擬對(duì)傳統(tǒng)定義的預(yù)混和擴(kuò)散火焰研究中,都發(fā)現(xiàn)了預(yù)混火焰和擴(kuò)散火焰同存的問題,而當(dāng)前,所有的燃燒模型都不能很好的處理這種火焰。為了處理這種多燃燒模式的火焰,本文提出了 一個(gè)新的大渦模擬燃燒模型(動(dòng)態(tài)亞網(wǎng)格"二階矩"湍流燃燒模型)。通過對(duì)Arrhenius表達(dá)式的直接過濾,從而得到過濾的反應(yīng)速率。亞網(wǎng)格反應(yīng)項(xiàng)通過一個(gè)代數(shù)式計(jì)算,該代數(shù)式子是通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)得到的。首先對(duì)該模型進(jìn)行了先驗(yàn)性驗(yàn)證,驗(yàn)證的數(shù)據(jù)源自直接數(shù)值模擬。結(jié)果表明動(dòng)態(tài)亞網(wǎng)格"二階矩"湍流燃燒模型是可信的。其次,在單步反應(yīng)化學(xué)機(jī)理的前提下,對(duì)該模型進(jìn)行了后驗(yàn)證性分析。目標(biāo)火焰為Sandia圓孔直射流火焰系列(FlameC、D、E和F),通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),本燃燒模型可以精確的捕捉火焰的結(jié)構(gòu)。與原始二階矩陣燃燒模型(original-LES-SOM)進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明original-LES-SOM可以捕捉到不同的燃燒區(qū)域和組分的信息,但是本燃燒模型這方面的能力都要優(yōu)越于它。對(duì)FlameD中的亞網(wǎng)格粘性進(jìn)行了研究,觀察到了亞網(wǎng)格粘性負(fù)效應(yīng)區(qū)域。關(guān)于亞網(wǎng)格反應(yīng)速率對(duì)整個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率的影響,發(fā)現(xiàn)亞網(wǎng)格反應(yīng)速率和整個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率相反,說明省略"二階項(xiàng)"會(huì)使得反應(yīng)速度要快于實(shí)際過程。其次,將動(dòng)態(tài)亞網(wǎng)格"二階矩"湍流燃燒模型拓展至多步反應(yīng)機(jī)理,并且將多步反應(yīng)機(jī)理和單步反應(yīng)機(jī)理結(jié)果進(jìn)行了全方位對(duì)比。選用非常有挑戰(zhàn)的旋流鈍體火焰(SM1)作為目標(biāo)火焰。結(jié)果表明,多步反應(yīng)機(jī)理對(duì)SM1火焰中流場的影響很小,并且多步反應(yīng)和單步反應(yīng)機(jī)理都能夠準(zhǔn)確的預(yù)測SM1火焰中的信息。但是,多步反應(yīng)機(jī)理在溫度和混合分?jǐn)?shù)的預(yù)測上要優(yōu)于單步反應(yīng)機(jī)理。最后,將動(dòng)態(tài)亞網(wǎng)格"二階矩"湍流燃燒模型拓展于液相燃燒。為了驗(yàn)證該拓展過程的準(zhǔn)確性,采用LES和DNS數(shù)值方法對(duì)液相旋流燃燒進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,動(dòng)態(tài)亞網(wǎng)格燃燒模型可以準(zhǔn)確的預(yù)測預(yù)混和擴(kuò)散同存的復(fù)雜火焰結(jié)構(gòu),并且對(duì)組分的預(yù)測上也表現(xiàn)的很優(yōu)秀。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK16

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1298006