發(fā)布時間：2020-05-21 01:25

【摘要】：概率密度函數(shù)(probability density function,PDF)能有效地計算湍流與化學(xué)反應(yīng)相互作用,已經(jīng)成功地模擬了許多實驗室尺度的火焰。通常PDF方法在網(wǎng)格中使用大量的顆粒以近似當(dāng)?shù)匚锢砹康母怕拭芏群瘮?shù),并在顆粒上計算化學(xué)反應(yīng)。由于化學(xué)反應(yīng)計算的剛性,導(dǎo)致PDF方法模擬時會消耗較多的計算資源。稀疏拉格朗日過濾密度函數(shù)(Sparse-Lagrangian filtered density function,稀疏FDF)方法,期望在保證統(tǒng)計結(jié)果可靠的前提下,使用的總顆粒數(shù)小于總網(wǎng)格數(shù),從而大幅減小模擬所需的計算量。由于顆粒數(shù)量較少,使得稀疏FDF方法與傳統(tǒng)FDF方法有許多不同:稀疏FDF方法無法通過網(wǎng)格內(nèi)的顆粒系綜得到瞬態(tài)的概率密度函數(shù);稀疏FDF方法求解標量的FDF方程時,需要采用廣義多維映射條件(multiple mapping conditioning,MMC)模型保證混合的當(dāng)?shù)匦?同時需要采用全新的混合時間尺度模型;稀疏FDF方法中的密度耦合方法也需要重新設(shè)計。本文針對稀疏FDF方法中的混合時間尺度模型以及反應(yīng)流中的密度耦合方法進行了深入研究。將現(xiàn)有稀疏FDF方法中的密度耦合方法作了改進,以顆粒上等效焓源項的條件平均值,作為源項直接耦合到大渦模擬(large eddy simulation,LES)求解的等效焓輸運方程中。在LES程序基礎(chǔ)上開發(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)稀疏FDF方法的并行計算程序。并對Sandia火焰D、E、F進行了模擬。Sandia火焰D、E計算結(jié)果與實驗結(jié)果符合很好,表明改進的密度耦合方法比較合理,可以減少LES結(jié)果與實驗結(jié)果間的偏差,同時也驗證了稀疏FDF方法與程序的有效性。但Sandia火焰F的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果在局部熄火程度上存在差異,這表明現(xiàn)有的稀疏FDF方法與模型在預(yù)測熄火程度高的火焰時還存在有待改進之處。
【圖文】：

2稀疏FDF方法狡特卡洛計算部分的流程圈

“ＬＥＳ”標示；紅線是顆粒場得到的值，以“ＭＭＣ”標示。符號是實驗值，以“ｅｘｐ”標逡逑示。后續(xù)的圖４．３．３、圖４．４．３和圖４．５．１也使用此規(guī)則逡逑ｘ／Ｄ＝７．５邐ｘ／Ｄ＝１５邐ｘ／Ｄ＝３０邐ｍｍｃ逡逑２０００邐２０００、邐２０００邐？邋ｅｘｐ逡逑Ｓｉｏｏｏ＾Ａ＾邐ｌｏｏａ＾／＾Ｘ＾＾邐１。。0逡逑°０邐２邐４邐°０邐２邐４邐°０邐２邐４逡逑ｒ／Ｄ邐ｒ／Ｄ邐ｒ／Ｄ逡逑圖４．２．２火焰Ｄ在ｘ／Ｄ＝７．５、１５、３０處溫度平均值的徑向分布逡逑圓點為實驗值以“ｅｘｐ”標示，線為計算值以“ＭＭＣ”標示。后續(xù)的圖４．３．６、圖４．４．４和逡逑圖４．５．２也使用此規(guī)則逡逑圖４．２．２展示了三個截面上通過稀疏ＦＤＦ方法的顆粒計算得到溫度平均值的逡逑徑向分布。可以看到在ｘ／Ｄ＝７．５處顆粒統(tǒng)計得到的溫度平均值的峰值位置與實驗逡逑結(jié)果大致相同，而溫度峰值比實驗結(jié)果稍小。由于Ｓａｎｄｉａ火焰Ｄ幾乎沒有局部逡逑熄火的現(xiàn)象，，平均溫度計算和實驗的結(jié)果可以與圖４．２．１得到的混合物分數(shù)結(jié)果逡逑相互印證。在ｘ／Ｄ＝７．５處雖然計算的混合物分數(shù)與實驗結(jié)果接近，但顆粒計算的逡逑混合物分數(shù)均方根比試驗結(jié)果大，導(dǎo)致顆粒計算的溫度與實驗結(jié)果相比存在偏差。逡逑在ｘ／Ｄ邋＝１５處顆粒得到的結(jié)果與實驗結(jié)果相當(dāng)接近，這也與圖４．２．１中顆粒計算逡逑３６逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK16

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本文編號：2673512