在我國(guó),煤粉的燃燒是獲取能量的主要方式,同時(shí)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。在過(guò)去的研究中,基于拉格朗日計(jì)算顆粒運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)源方法和煤粉燃燒的統(tǒng)觀模型盡管在一定程度上獲得了令人滿(mǎn)意的結(jié)果,但是由于模型的缺陷,煤粉顆粒與流體之間的耦合作用和煤粉顆粒的反應(yīng)過(guò)程難以在模型中準(zhǔn)確體現(xiàn),從而無(wú)法正確的計(jì)算顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及顆粒與流體之間的相互作用,許多顆粒尺度上的微觀現(xiàn)象難以正確的呈現(xiàn)。而在已有的全尺度計(jì)算方法中,還沒(méi)有一種方法能夠較好地處理氣固燃燒過(guò)程中復(fù)雜的能量-質(zhì)量-動(dòng)量耦合作用。因此,發(fā)展研究能夠處理傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的全尺度數(shù)值計(jì)算方法顯得十分重要。本文在顆粒全尺度計(jì)算的內(nèi)嵌邊界方法基礎(chǔ)上提出了適用于可壓縮流體,且能夠處理Dirichlet, Neumann和Robin類(lèi)型邊界條件的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法。通過(guò)對(duì)流體橫掠靜止圓柱的算例的計(jì)算及比較分析,驗(yàn)證了本論文提出的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法對(duì)以上三類(lèi)邊界條件都具有空間二階精度的收斂性。本論文還將虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法應(yīng)用于計(jì)算研究運(yùn)動(dòng)邊界的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)二維空間單個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)的計(jì)算比較分析,證明了本文的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法能夠準(zhǔn)確捕捉運(yùn)動(dòng)顆粒與流場(chǎng)的相互作用。在冷態(tài)流場(chǎng)計(jì)算的基礎(chǔ)上,本論文將虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法應(yīng)用于顆粒與流體的傳熱問(wèn)題中,驗(yàn)證了該方法在處理Dirichlet, Neumann和Robin類(lèi)型邊界條件下的靜止和運(yùn)動(dòng)顆粒換熱過(guò)程時(shí)的準(zhǔn)確性。本論文還使用該方法計(jì)算研究了Mach數(shù)對(duì)氣固傳熱過(guò)程的影響。在本論文中,虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法不僅被用于處理氣體與顆粒的動(dòng)量和能量耦合,還被擴(kuò)展到氣固燃燒問(wèn)題中。改進(jìn)的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法被用于模擬石墨柱在空氣中的燃燒過(guò)程。該方法使用由兩個(gè)異相反應(yīng)和一個(gè)均相反應(yīng)構(gòu)成的半包反應(yīng),考慮了顆粒表面的Stefan流和顆粒向周?chē)h(huán)境的熱輻射過(guò)程。通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程中碳燃燒速率、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和各組分濃度分布情況的分析比較,檢驗(yàn)了該方法在處理氣固多相燃燒問(wèn)題上的能力。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TQ534
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 氣固兩相流的數(shù)值計(jì)算方法
    1.3 內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.1 原始內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.2 直接力內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.3 虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.4 內(nèi)嵌邊界方法在傳熱問(wèn)題中的應(yīng)用
        1.3.5 內(nèi)嵌邊界方法在傳質(zhì)問(wèn)題中的應(yīng)用
    1.4 煤粉燃燒的數(shù)值模擬方法
    1.5 本文的創(chuàng)新點(diǎn)及主要內(nèi)容
第二章 數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法
    2.1 控制方程
    2.2 處理復(fù)雜邊界條件的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法
        2.2.1 Dirichlet邊界條件
        2.2.2 Neumann邊界條件
        2.2.3 Robin邊界條件
    2.3 處理固體燃燒的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法
    2.4 數(shù)值精度驗(yàn)證
    2.5 本章小結(jié)
第三章 二維氣固多相流冷態(tài)流場(chǎng)模擬
    3.1 流體橫掠靜止圓柱的受力特性及流場(chǎng)分布
    3.2 振蕩圓柱在靜止流體中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程
    3.3 本章小結(jié)
第四章 二維氣固多相流傳熱過(guò)程的數(shù)值模擬
    4.1 靜止固體在流場(chǎng)中的傳熱過(guò)程模擬
    4.2 振蕩圓柱在均勻來(lái)流中的傳熱過(guò)程模擬
        4.2.1 圓柱垂直于來(lái)流方向振動(dòng)
        4.2.2 圓柱平行于來(lái)流方向振動(dòng)
    4.3 可壓縮現(xiàn)象對(duì)氣固傳熱過(guò)程的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 碳顆粒燃燒的直接數(shù)值模擬
    5.1 問(wèn)題的簡(jiǎn)化與假設(shè)
    5.2 計(jì)算過(guò)程
    5.3 計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn)與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文

【相似文獻(xiàn)】

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