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上對亞格子項進行直接重構,從而精確預估亞格子項。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力模型(GDSM)和非線性亞格子通量模型,同時結合部分攪拌器(PaSR)燃燒模型和DRM19化學反應機理對Sandia火焰D和F進行大渦模擬研究,并將其模擬結果與動態(tài)一方程湍流模型的計算結果、W.P.Jones的研究結果進行對比研究。模擬研究表明,相比于渦粘性亞格子模型,應用非線性亞格子模型的大渦模擬方法(NLES)能更準確的預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構,很好地預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果。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TK16
【部分圖文】：

從而影響化學反應速率，進而改變火焰結構，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構。因此，如何準確描述湍流與燃燒之間的相互作用是至關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果。目前主流的關注點在于開發(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、分子擴散和化學反應三者之間的相互關系。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

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系，對揭示湍流燃燒的內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中主要應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】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2877784