目前,化石能源的燃燒依舊是人類獲取能量和動力的主要方式。這些燃料通常以兩相湍流燃燒的形式被組織在一個受限的裝置中。在這些裝置的壁面附近,存在著顆粒-湍流-火焰-壁面四者之間的復(fù)雜相互作用,例如顆粒影響湍流的強(qiáng)弱、湍流使火焰彎曲褶皺、火焰在壁面發(fā)生熄火回火、壁面產(chǎn)生壁湍流并經(jīng)受顆粒的碰撞磨損等等。這些過程會影響燃燒裝置的安全性、效率以及污染物的生成。然而,由于近壁面的兩相湍流燃燒存在強(qiáng)剪切、強(qiáng)耦合和強(qiáng)非線性,給相關(guān)研究帶來困難和挑戰(zhàn),目前人們對兩相湍流燃燒邊界層的認(rèn)知還十分有限。因此,本文采用高精度直接數(shù)值模擬方法逐步地對這一問題展開研究,以揭示顆粒-湍流-火焰-壁面之間的相互作用機(jī)理,同時為解決實(shí)際工程問題提供參考和指導(dǎo)。首先采用內(nèi)嵌邊界方法從微觀角度考察了有限體積顆粒與各向同性湍流的作用機(jī)理。發(fā)現(xiàn)顆�？繉α黧w做功來增強(qiáng)湍流,靠增強(qiáng)耗散率來抑制湍流。被顆粒增強(qiáng)的耗散率主要位于顆粒上游和側(cè)翼的小尺度渦中。進(jìn)一步分析表明,兩種影響湍流的機(jī)制都與顆粒和流體之間的滑移運(yùn)動有關(guān)。采用顆粒雷諾數(shù)來表征滑移運(yùn)動之后,本文建立了這兩種對立機(jī)制的強(qiáng)弱與顆粒雷諾數(shù)之間的定量關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)當(dāng)顆粒雷諾數(shù)較高時顆粒... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：207 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
術(shù)語表
1 緒論
    1.1 兩相湍流燃燒邊界層的研究背景
    1.2 邊界層湍流研究概述
        1.2.1 氣相等溫湍流邊界層
        1.2.2 氣相非等溫湍流邊界層
        1.2.3 兩相湍流邊界層
    1.3 湍流調(diào)制研究概述
        1.3.1 斯托克斯數(shù)
        1.3.2 顆粒雷諾數(shù)
        1.3.3 長度尺度
        1.3.4 顆粒體積濃度
        1.3.5 顆粒動量數(shù)
    1.4 火焰壁面相互作用概述
        1.4.1 層流火焰壁面相互作用
        1.4.2 湍流火焰壁面相互作用
    1.5 直接數(shù)值模擬與數(shù)據(jù)驅(qū)動建模
    1.6 本文的主要研究內(nèi)容
2 直接數(shù)值模擬方法
    2.1 連續(xù)相控制方程
        2.1.1 不可壓形式
        2.1.2 全可壓形式
    2.2 離散相控制方程
        2.2.1 點(diǎn)源計算方法
        2.2.2 全尺度內(nèi)嵌邊界模擬方法
    2.3 本章小結(jié)
3 微觀尺度下的顆粒湍流相互作用
    3.1 計算模型和參數(shù)
    3.2 湍動能守恒方程
        3.2.1 物理空間下的調(diào)制
        3.2.2 顆粒局部的調(diào)制
        3.2.3 譜空間下的調(diào)制
    3.3 擬渦能守恒方程
    3.4 顆粒雷諾數(shù)與湍流調(diào)制準(zhǔn)則
    3.5 兩相流中小尺度湍流的特性
        3.5.1 耗散率與擬渦能間歇性的相似性
        3.5.2 耗散率和擬渦能空間分布的相似性
    3.6 本章小結(jié)
4 無反應(yīng)平板湍流邊界層的直接數(shù)值模擬
    4.1 邊界層湍流的產(chǎn)生方法
    4.2 湍流邊界層的計算參數(shù)
    4.3 結(jié)果與驗證
    4.4 本章小結(jié)
5 兩相湍流燃燒邊界層的直接數(shù)值模擬
    5.1 工程背景及計算模型
    5.2 火焰結(jié)構(gòu)和湍流渦結(jié)構(gòu)
    5.3 燃燒模態(tài)
    5.4 火焰湍流相互作用
    5.5 火焰壁面作用
    5.6 惰性顆粒在燃燒邊界層中的運(yùn)動
    5.7 本章小結(jié)
6 數(shù)據(jù)驅(qū)動的大渦模擬亞網(wǎng)格應(yīng)力模型
    6.1 大渦模擬簡介
    6.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
    6.3 模型訓(xùn)練與先驗分析
        6.3.1 隨機(jī)森林模型
        6.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
    6.4 模型改進(jìn)
    6.5 后驗分析
    6.6 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄 A
附錄 B
作者簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]壁面散熱對天然氣柔和燃燒器NOx排放影響研究[J]. 徐瑞,朱子儒,陳衛(wèi)杰,張環(huán),熊燕.  當(dāng)代化工. 2018(12)
[2]水平槽道內(nèi)湍流變動的PTV實(shí)驗研究[J]. 郭福水,王漢封,柳朝暉,鄭楚光.  工程熱物理學(xué)報. 2004(04)

博士論文
[1]氣固流化床內(nèi)流動特性和顆粒曳力的直接數(shù)值模擬研究[D]. 譚駿華.浙江大學(xué) 2017
[2]氣固兩相湍流邊界層直接數(shù)值模擬研究[D]. 李棟.浙江大學(xué) 2016
[3]湍流邊界層的直接數(shù)值模擬研究[D]. 韋安陽.浙江大學(xué) 2014
[4]多相流全尺度直接數(shù)值模擬方法及應(yīng)用[D]. 王則力.浙江大學(xué) 2010



本文編號：3195611