NO_x生成湍流反应率数值模拟的进展

利用计算机数值模拟来优选燃烧器或炉内降低氮氧化物的各种措施,如空气分级,燃料分级（再燃烧）,烟气再循环,煤和生物质混烧等,预测其效果,受到国际上越来越大的重视．如何建立合理而经济的数学模型,是其中的关键问题之一．根据近年来国际上发表的不同研究者的研究结果,对湍流燃烧氮氧化物生成湍流反应率数值模拟的研究现状进行了评述,并且讨论了有待解决的问题和今后的发展方向．      

湍流燃烧数值模拟研究的综述

对湍流燃烧数值模拟的研究进行了综合评述,其中涉及直接数值模拟（ＤＮＳ）、大涡模拟（ＬＥＳ）、随机涡模拟、概率密度函数输运方程模拟、条件矩模型、简化概率密度函数模型、关联矩模型以及基于简单物理概念的一些唯象模型等几个重要方面．对全面了解湍流燃烧数值模拟的研究现状及前景提出了看法．     

铝粉湍流火焰诱导激波现象的实验研究

粉尘湍流火焰诱导激波问题是工业灾害研究中的重要课题．本文在自行设计的大型卧式燃烧管内，对铝粉火焰诱导激波现象进行了实验研究，测试了湍流火焰阵面前压缩波到激波的转捩过程，并将实验结果与数值模拟结果进行了比较．     

湍流强度对预混燃烧影响的大涡模拟研究

本文对甲烷和空气在突扩燃烧室内的预混燃烧进行了大涡模拟(LES)研究,主要关注于预混燃料的湍流强度对甲烷-空气预混燃烧效率的影响.LES数值模拟给出了不同入口湍流强度的条件下燃烧室内湍流预混燃烧反应流场的速度场,温度场和浓度场分布.分析的结果表明:随着预混燃料入口湍流强度的增大,燃烧反应更加剧烈,燃烧效率提高,火焰长度也随之变短,同时,一氧化碳的生成区域明显变小,整体生成量减少.研究的结果对有效地提高燃气轮机的燃烧效率和减少污染物的排放提供一定的参考依据.     

大涡模拟及其在湍流燃烧中的应用

大涡模拟作为一种研究湍流流动和湍流燃烧的有效手段,在国际上已经得到广泛应用。本文在回顾了大涡模拟(LES)的基本思想及其实施方法的基础上着重介绍了前人在大涡模拟的亚格子湍流模式和亚格子燃烧模式中的研究成果,同时给出了采用不同亚格子模式的大涡模拟在湍流燃烧中的应用实例,指出了大涡模拟在湍流燃烧中的重要作用,为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考。      

采用详细化学反应机理模拟燃烧污染物生成的研究进展

结合燃烧污染物数值模拟研究的发展和现状,阐述了采用详细化学反应机理进行模拟的方法,重点介绍了详细化学反应机理模型以及机理简化方法,概括综述了湍流燃烧模拟方法,并结合具体实例,展示了这个领域取得的成果,最后通过分析,指出了发展前景和可以取得突破性进展的方向.     

湍流专利

湍流是流体运动的常见形式，也是流体力学的核心问题之一．湍流在工程技术领域也有着广泛的应用，是航空航天等领域发展的瓶颈问题．近年来，人们在对湍流物理机理的认识、数值模拟和实验研究上，都取得了很大的进展，但当前大飞机、高速铁路等工程问题的重大需求，对湍流研究提出了更高和更深入的要求，也对湍流基础研究提出了更大的挑战．     

流对波边界层湍流运动的影响

采用大涡模拟方法和Smagorinsky亚格子模型,求解三维Navier-Stokes方程,研究了波流边界层中的湍流特性．将大涡模拟结果与相应的直接数值模拟结果和实验数据进行比较,吻合较好．获得了不同波雷诺数,不同波流比情况下的大涡模拟数据库,并由此分析了波流边界层中各种湍流统计量,如速度廓线、剪应力、湍流强度等的变化规律．     

大涡模拟在内燃机中应用的研究进展

大涡模拟 能够以比较合理的计算成本, 提供更多详细的湍流信息, 故近年来已经广泛地应用于科学和工程领域, 并也成为内燃机缸内湍流流动与燃烧过程模拟计算的最有潜力的数值方法.综合现有研究成果, 对内燃机中大涡模拟的研究进展和模拟方法进行了比较全面的评述.介绍了大涡模拟的基本概念、方法、亚网格模型,着重讨论了内燃机缸内冷态流场、燃油喷雾过程以及两相液雾湍流燃烧大涡模拟的国内外研究进展.最后论述了大涡模拟在内燃机应用中当前需要解决的问题及其发展趋势.     

基于雷诺应力模型的平衡大气边界层模拟

基于雷诺应力湍流模型（简称RSM模型）,研究了平衡大气边界层风场数值模拟问题．假设流体不可压,且不计雷诺应力输运方程中的对流项、浮力产生项、系统旋转产生项和扩散项,在准各向同性的条件下,推导出RSM模型湍动能k的表达式是标准k-ε模型k常数表达式的0.893倍．考虑k沿高度变化的修正,根据在标准k-ε模型中满足水平均匀性的湍流来流边界条件,提出在RSM模型中产生平衡大气边界层的湍流来流边界条件．基于空风洞的数值模拟结果表明,与工程上常用的湍流来流边界条件相比,基于本文提出的湍流来流边界条件得到的风场水平均匀性更优,且在整个流域内,得到的雷诺应力剖面更合适．从而验证了该湍流来流边界条件的适用性．     

煤粉燃烧中NOx和SOx生成的详细反应机理模拟

采用详细化学反应机理与CFD方法耦合的煤粉燃烧数值模拟程序,计算了煤粉燃烧过 程中CO, NOx和SOx等的浓度分布特性. 通过与实验对照,验证了数值模拟方法的 可靠性,并分析了燃烧温度和煤粉细度等因素对于NO生成的影响. 结果表明温度对于NO的 生成影响较大,随着温度的增加,NO的生成浓度明显增加;对于不同煤种,可能存在一个温 度点,这时NO的生成速率将非常快;在计算范围内,温度对SO2的最终生成浓度没有 明显影响,而只影响SO2的释放过程. 煤粉细度对于NO生成有较小的影响.     

部分预混超声速燃烧火焰面模式研究综述

采用部分预混火焰面模式建模与仿真已经成为超声速燃烧数值研究的主要趋势之一.系统回顾了超声速燃烧火焰面模式的发展历程,针对其应用的两个基本问题进行总结:一是火焰面模式在超声速燃烧中的物理存在问题,二是超声速燃烧火焰面模式的建模问题.重点分析了火焰面模式应用于超声速燃烧的难点,提出了超声速燃烧火焰面模式建模应兼顾的问题.     

Large Eddy Simulation of Reactive Two-Phase Flow in an Aeronautical Multipoint Burner

Because of compressibility criteria, fuel used in aeronautical combustors is liquid. Their numerical simulation therefore requires the modeling of two-phase flames, involving key phenomena such as injection, atomization, polydispersion, drag, evaporation and turbulent combustion. In the present work, particular modeling efforts have been made on spray injection and evaporation, and their coupling to turbulent combustion models in the Large Eddy Simulation (LES) approach. The model developed for fuel injection is validated against measurements in a non-evaporating spray in a quiescent atmosphere, while the evaporation model accuracy is discussed from results obtained in the case of evaporating isolated droplets. These models are finally used in reacting LES of a multipoint burner in take-off conditions, showing the complex two-phase flame structure.     

湍流燃烧中的概率密度函数方法

用求解速度和化学热力学参数联合概率密度函数(pdf)输运方程的方法,计算湍流燃烧问题时,湍流输运和化学反应等过程可以精确计算,无须模拟。它还可以提供比统计矩模型方法更多的信息,因此是一个很有潜力的方法。本文给出了湍流燃烧概率密度函数的输运方程,扼要地介绍了目前应用较多的随机过程模型,以及求解概率密度函数方程的Monte Carlo算法。最后引用两个例子说明概率密度函数方法的优越性。      

Numerical simulation of methane-air turbulent jet flame using a new second-order moment model

A new second-order moment model for turbulent combustion is applied in the simulation of methane-air turbulent jet flame. The predicted results are compared with the experimental results and with those predicted using the wellknown EBU-Arrhenius model and the original second-order moment model. The comparison shows the advantage of the new model that it requires almost the same computational storage and time as that of the original second-order moment model, but its modeling results are in better agreement with experiments than those using other models. Hence, the new second-order moment model is promising in modeling turbulent combustion with NO_x formation with finite reaction rate for engineering application. The project sponsored by the Foundation for Doctorate Thesis of Tsinghua University, and the National Key Project in 1999–2004 sponsored by the Ministry of Science and Technology of China     

球形封闭容器内一个简单的煤粉燃烧爆炸模型

在分析了大量球形封闭容器内煤粉燃烧爆炸实验数据基础上，考虑了煤粉燃烧爆炸机理所涉及的湍流燃烧、相变、各种化学反应动力学过程等复杂因素，并且对球形封闭容器内由于煤粉混合不均匀造成的燃烧不充分给予了考虑，得到了球形封闭容器内煤粉燃烧爆炸特征的数值计算结果，计算的压力－时间曲线与实验结果符合较好。