天然氣是實現(xiàn)能源結構優(yōu)化調整的最現(xiàn)實能源。在天然氣消費大量增加的現(xiàn)狀下,研究天然氣燃燒特性進而優(yōu)化天然氣的燃燒將對節(jié)能減排政策提供支持。在許多工業(yè)應用中,天然氣的燃燒是以射流燃燒的方式進行的,研究天然氣射流燃燒的輻射特性,并實現(xiàn)基于火焰方向輻射傳輸逆問題對溫度場的重建,以及對輻射能力較強的煙炱(Soot)分布的重建具有重要的學術價值和工程應用前景。本文以數(shù)值模擬方法和實驗方法分別對甲烷同軸射流火焰的燃燒與輻射特性進行了研究。為了實現(xiàn)對火焰流場、溫度場和組分濃度場的較準確預測,使用渦耗散概念(EDC)模型結合甲烷燃燒簡化反應機理對甲烷射流火焰進行數(shù)值模擬。使用簡化反應機理能在對組分濃度場模擬精度較好的基礎上提高計算效率,因路徑通量分析法(PFA)在化學反應機理的簡化過程中能全面的考慮組合或基元反應的直接和間接的關系,保留主要的組分和基元反應來保障模擬精度。本文應用PFA方法對甲烷燃燒詳細反應機理進行了合理簡化,得到了簡化反應機理sp24,在均質自燃著火模型下使用簡化機理的模擬結果與使用詳細機理的模擬結果吻合較好,在不同工況下兩者的著火延遲時間也相差不大,誤差值均在5%以內。使用Fluen...

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
符號表
1 引言
    1.1 研究背景
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 火焰溫度和煙炱濃度檢測方法
        1.2.2 化學機理簡化方法
        1.2.3 甲烷射流火焰數(shù)值模擬
    1.3 本文研究內容
2 PFA方法簡化甲烷燃燒詳細反應機理
    2.1 路徑通量分析法
    2.2 甲烷燃燒機理GRI-MECH3.0的簡化結果分析
    2.3 本章小結
3 甲烷同軸射流火焰的數(shù)值模擬
    3.1 數(shù)值模型
        3.1.1 湍流模型
        3.1.2 化學反應模型
        3.1.3 輻射模型
    3.2 SANDIA FLAME D火焰的模擬
    3.3 甲烷同軸射流火焰燃燒器模擬
    3.4 本章小結
4 基于APSO的火焰溫度和煙炱濃度重建算法
    4.1 粒子群優(yōu)化算法
        4.1.1 基本原理
        4.1.2 基于多樣性反饋的粒子群優(yōu)化算法
    4.2 同軸射流火焰輻射模型及溫度和煙炱濃度重建算法
        4.2.1 同軸射流火焰輻射模型
        4.2.2 同軸射流火焰溫度和煙炱濃度分布的APSO重建算法
        4.2.3 APSO算法模擬驗證
    4.3 本章小結
5 基于甲烷射流火焰光譜實驗反演溫度和煙炱濃度
    5.1 甲烷同軸射流發(fā)射光譜測量系統(tǒng)
    5.2 測量與計算結果
    5.3 CFD模擬結果與實驗結果對比
    5.4 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
作者簡歷
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3841814