以煤燃燒為代表的氣固兩相湍流燃燒理論構(gòu)成了發(fā)展新型高效低污染燃燒技術(shù)的基礎(chǔ),掌握其內(nèi)在特性和規(guī)律,對解決我國的能源利用和污染控制問題具有十分重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)值計(jì)算理論的發(fā)展,計(jì)算流體力學(xué)成為了研究氣固兩相湍流燃燒的重要工具。為了揭示煤粉氣固湍流燃燒火焰特性,本文基于高精度煤粉燃燒DNS數(shù)據(jù)庫,詳細(xì)研究了煤粉火焰結(jié)構(gòu)、燃燒特性、穩(wěn)燃機(jī)理等,加深了人們對煤粉燃燒的認(rèn)識(shí)。此外,為了能夠準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際煤粉火焰多模態(tài)燃燒過程,本文創(chuàng)新性地提出、驗(yàn)證了與燃燒模態(tài)無關(guān)的直接矩湍流燃燒模型,并將其拓展到煤粉燃燒,具有學(xué)術(shù)和工程意義。首先,通過對高精度煤粉燃燒DNS的詳細(xì)分析,本文對煤粉火焰的流動(dòng)特性、顆粒分布、燃燒特性、火焰結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)燃機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。研究發(fā)現(xiàn),氣相和顆粒相的平均速度都可以發(fā)展形成自相似分布,點(diǎn)火和燃燒過程可以顯著地增強(qiáng)湍流強(qiáng)度。火焰結(jié)構(gòu)的研究表明,煤粉射流火焰中存在三個(gè)典型的火焰結(jié)構(gòu),即離散的單顆粒燃燒火焰、條帶狀火焰以及下游穩(wěn)定的火焰核心。雖然三個(gè)區(qū)域的直觀火焰形態(tài)不同,但是其燃燒特性相似,都是非預(yù)混火焰釋熱貢獻(xiàn)較大。對比各個(gè)火焰區(qū)的釋熱比例,發(fā)現(xiàn)上游處的單顆粒燃燒...

【文章頁數(shù)】：186 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１煤粉燃燒ＣＦＤ計(jì)算組成部分??

的流場信息、顆粒分布、組分變化等詳細(xì)信息。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)值計(jì)算理論??的發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)（ＣＦＤ，?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｆｌｕｉｄ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ）方法成為了研究煤粉燃燒??的重要工具。根據(jù)煤粉燃燒過程可以將煤粉燃燒數(shù)值計(jì)算分為如圖１．１所示的四個(gè)部分，?....

圖１．２ＤＮＳ、ＬＥＳ和ＲＡＮＳ方法對湍流火焰面處溫度變化情況??

根據(jù)對湍流燃燒尺度的求解情況，湍流燃燒的數(shù)值模擬方法主要有三種：直接數(shù)值模擬??（ＤＮＳ，ＤｉｒｅｃｔＮｕｍｅｒｉｃａｌ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、大禍模擬（ＬＥＳ，Ｌａｒｇｅ?Ｅｄｄｙ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）以及雷諾??時(shí)均模擬（ＲＡＮＳ，Ｒｅｙｎｏｌｄｓ?Ａｖｅｒａｇｅｄ?Ｎａ....

圖1.3直接數(shù)值模擬程序S3D近20年的計(jì)算規(guī)模變化(KollaandChen,2018),

第一章緒論???可參考文獻(xiàn)（Ｃｈｅｎ?ｅｔａｌ．，２００９）。從圖１．３可以看出，ＤＮＳ的計(jì)算規(guī)模越來越大，達(dá)到兆??別，但是其計(jì)算幾何尺寸通常較小，流動(dòng)形式較為簡單，如各向同性湍流、簡單的剪切??等，研究問題主要為基本的湍流燃燒現(xiàn)象，包括預(yù)混燃燒、非預(yù)混燃燒、部分預(yù)混燃燒、??....

圖１．４典型的層流（ａ）預(yù)混火焰結(jié)構(gòu)和（ｂ）擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)示意圖（ＶｅｙｎａｎｔｅａｎｄＶｅｒｖｉｓｃｈ，?２００２）??圖１．４ｂ顯示了典型的層流對沖擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)

?（ｂ）??圖１．４典型的層流（ａ）預(yù)混火焰結(jié)構(gòu)和（ｂ）擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)示意圖（ＶｅｙｎａｎｔｅａｎｄＶｅｒｖｉｓｃｈ，?２００２）??圖１．４ｂ顯示了典型的層流對沖擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)。燃料和氧化劑分別位于反應(yīng)區(qū)的兩側(cè)，??通過二者向反應(yīng)區(qū)的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)燃燒，因此燃燒速率由分子擴(kuò)散所決定。對于....

本文編號(hào)：4036867