湍流射流火焰热辐射影响的数值研究

以美国Sandia实验室火焰D为研究对象,在采用κ-ε湍流模型、概率密度函数(PDF)法及详细化学反应机理模拟湍流燃烧的基础上,研究了辐射换热对湍流射流燃烧过程的影响。模拟中采用离散坐标法(DOM)求解辐射传递方程,并分别采用普朗克平均吸收系数和箱带模型计算燃烧气体的辐射特性参数。结果表明,考虑辐射换热的影响时,火焰温度及组分浓度分布计算值与实验值吻合更好,且采用考虑气体光谱辐射效应的箱带模型比仅随温度变化的普朗克平均吸收系数的计算值更接近实验值。因此,研究燃烧气体的辐射换热问题具有重要意义,同时需要考虑其光谱辐射效应。     

测量层流扩散火焰温度与烟黑浓度分布的实验研究

本文提出了一种通过线性规划中的内点法(仿射变换法)来计算烟黑浓度和温度分布的模型.根据烟黑辐射特性,利用火焰单色辐射强度图像信息采用此模型同时重建轴对称含烟黑火焰的温度与烟黑浓度分布,对层流乙烯扩散火焰的温度与烟黑浓度进行测量,得到了较好的结果.     

数值研究Sanida火焰D中辐射热的影响

为了考察湍流燃烧过程中的辐射热影响,数值模拟了Sanida火焰D,其中湍流流动采用多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型模拟,燃烧过程采用概率密度函数(PDF)方法和拉格朗日火焰面模型(LFM)以及详细化学反应机理GRI3．0联合的方法模拟,辐射换热采用有限体积(FVM)联合关联k分布模型模拟。计算结果和实验数据的比较发现虽然相对于燃烧热,辐射热是一个小量,但是考虑了辐射热影响以后,模拟结果大有改进。针对该现象,我们给出的解释是由于在湍流燃烧过程中,湍流过程,燃烧过程以及辐射换热过程三者是强耦合的,湍流作用很可能会将辐射换热作用放大,因此,对于燃烧过程的详细数值模拟,建议考虑辐射换热的影响。     

基于扩散近似法和双通量法耦合的多孔介质内燃烧辐射换热计算方法

将Rosseland辐射模型和双通量法结合,对瓦斯气体在泡沫陶瓷中预混燃烧辐射换热计算方法进行研究.数值模拟的结果与试验结果吻合比较好,证明提出的辐射换热计算方法是有效的.     

煤燃烧过程中悬浮粒子的辐射特性

燃烧室中的悬浮粒子是辐射换热的重要媒体,本文根据实验测得的具有不同组成颗粒的特性指数(粒子尺寸参数α和复折射指数m),利用Mie光学理论,计算出了能描述燃烧过程辐射热交换的重要特征参量——颗粒的辐射有效因子,进而可得到吸收和散射系数.这一工作对煤粉燃烧过程中辐射热交换的测量和数学模化都有重要的实际意义.     

重力对层流扩散火焰烟黑生成特性影响

本文采用数值模拟方法研究了重力对甲烷/空气同轴射流层流扩散火焰烟黑生成特性的影响,数值分析中将详细的气相化学反应机理、复杂的热物性和输运特性关系、半经验的双方程烟黑生成模型和非灰体辐射模型耦合到燃烧场的计算中。同时考虑烟黑经O_2、OH和O的氧化途径。热辐射计算采用与统计窄波段调K(SNBCK)模型相耦合的离散坐标法求解。烟黑的谱带吸收系数根据小颗粒的Rayleigh理论计算。结果表明,随着重力水平的降低,火焰峰值温度降低,微重力下烟黑浓度的最大值约为正常重力下相应火焰的两倍。这一计算结果与已有的试验数据符合较好。计算结果还表明,重力也影响烟黑成核和表面生长的位置和强度。     

甲烷气体在泡沫陶瓷中预混燃烧的数值模拟和实验研究

本文对甲烷气体在泡沫陶瓷内燃烧进行了数值模拟和实验研究.根据预混燃烧理论,建立了基于气固两相局部非热平衡模型,采用 26 种组分,77 步详细化学反应机理来模拟反应过程.边界上的辐射换热采用双通量法求解,为减少计算时间,计算区域内部利用扩散近似法求解.为减少边界条件对模拟结果精度的影响,提出了采用能量平衡方法,建立边界上的对流,导热和辐射的整个换热过程,模拟表明这种边界条件具有二阶离散精度.     

非对称碳氢扩散火焰内烟黑浓度与温度联合重建模型研究

基于烟黑热辐射传递过程,提出了非对称碳氢扩散火焰断面内烟黑浓度和温度分布的联合层析重建模型.应用最小二乘QR矩阵分解算法模拟分析了传感器数量和布置方式对重建结果的影响以及模型的抗噪能力.计算结果表明,当4个320像素线阵电荷耦合辐射投影传感器(CCD)成非正对布置时,浓度场重建结果最大误差小于2.5%,温度场重建结果最大误差小于0.2%.此外CCD正对布置将导致重建误差向中心聚集.从对含噪声数据的重建结果看,应用联合层析重建模型,辐射能传感器的信噪比不应低于60dB. 关键词： 非对称火焰 层析重建 最小二乘QR矩阵分解算法 联合重建     

双层多孔介质燃烧器的数值模拟

考虑多孔固体构架的辐射换热以及气固相间的对流换热，引入弥散效应及相间对流换热系数，使用GRI3．0机理和双通量辐射模型，数值求解双层多孔介质内燃烧过程．分析了双层多孔介质燃烧器内火焰稳定性和污染物排放，并与单层的进行比较．结果表明，双层多孔介质燃烧器能够在较宽的流量范围内将火焰稳定在它的交界面附近．     

发射CT法测量层流乙烯扩散火焰中温度与烟黑浓度分布的实验研究

对于非均匀吸收、发射、无散射的轴对称含烟黑火焰对象,常规双色法不再适用。本文基于烟黑辐射特性,利用烟黑单色辐射强度图像信息采用CT算法同时重建含烟黑火焰温度与烟黑浓度分布,对层流乙烯扩散火焰的温度与烟黑容积份额进行测量,得到了较好的结果。     

稠密颗粒系统辐射换热算法研究

本文在不同空间尺度下研究稠密颗粒系统的辐射换热,提出短程辐射模型、长程辐射模型和微观模型.长程辐射模型考虑了所有存在辐射换热关系的颗粒对,而短程辐射模型仅考虑距离较近的颗粒球。通过和现有的经验关联式比较,当材料热导率远大于辐射等效热导率时(Λ10),长程辐射模型能准确地预测辐射换热。而当两者在同一量级上时,辐射换热被严重高估。此时,短程辐射模型显示出更好的计算精度,     

灰气体加权和辐射模型综合评估及分析

在O_2/CO_2气氛下,参与性介质的非灰气体辐射特性表现出不同于空气气氛下的特性,因此,非灰气体辐射模型的选择和应用在换热过程中将变得十分重要.基于统计窄谱带模型,本文综合评估近年发展应用较广的灰气体加权和(WSGG)模型.结果表明,几种WSGG模型的预测值总体趋势正确,但仍存在着一定的差别.对于发射率,Dorigon等(2013 Int.J.Heat Mass Transfer 64 863)和Bordbar等(2014 Combust.Flame 161 2435)的WSGG模型与基准模型符合较好,相对误差小于20%.与离散坐标法结合,本文求解了PH_2O/PCO_2=1,2时的一维平行平板间辐射换热问题.结果显示,由Dorigon等和Bordbar等的WSGG模型得到的辐射热源和热流密度分布的相对误差均较小(10%左右).Johansson等(2011 Combust.Flame 158893)和Bordbar等的WSGG模型具有更广的适用范围.     

火焰烟黑三维温度场和浓度场同时重建实验研究

利用电荷耦合器件摄像机采用烟黑温度场和浓度场同时重建模型对自由火焰烟黑的三维温度场和浓度场进行了同时重建实验研究,所利用的重建模型是基于区域重建的方法.将重建的烟黑温度场和浓度场与文献结果进行了对比,而且还将重建温度场与热电偶所测量的温度场进行了对比.结果表明,重建的烟黑温度场和浓度场与文献结果趋势相一致,重建温度值与热电偶测量值符合较好.因此,同时重建模型可以较好地重建出火焰烟黑的三维温度场和浓度场. 关键词： 火焰烟黑 温度场 浓度场 三维同时重建     

气粒混合物非灰辐射特性合并宽窄谱带K分布模型

气粒混合物辐射问题具有全场性、非灰性、耦合性等特点,准确预估高温燃气/粒子非灰辐射特性是非常重要的。本文将合并宽窄谱带K分布模础(CWNBCK)与离散坐标法(DOM)结合,开展了非灰气粒混合物辐射换热问题的模拟工作,分别验证了一维和三维情况下应用该模型的准确性,给出不同工况下的热流源项、壁面热流或辐射热流等。结果表明:该模型能够给出与SNB模型精度基本相同的结果,考虑其计算效率的提高,可以在工程实际中应用该模型计算非灰气粒混合物辐射换热。     

采用不同辐射换热模型对液氦传输管线的数值研究

低温传输管线是大型低温制冷设备中的关键部件之一,采用高真空多层绝热方式减少低温传输管线的漏热。基于Fluent计算平台,分别采用DTRM模型、P1模型、ROSSELAND模型、DO模型、S2S模型对真空环境下的液氦传输管线进行了数值模拟。对比解析计算解,确定了适合液氦低温管真空环境下辐射换热的计算模型,并利用S2S模型对低温传输管线的整体结构进行了模拟。模拟分析表明:S2S模型计算得到的管壁面辐射和温度场与解析解较为接近,更适合真空环境下的壁面辐射换热计算;支撑漏热为主要漏热,管壁面间辐射换热占总漏热量比例较小,整体漏热小于1W/m,满足设计需求。     

球形粒子的近场辐射换热研究

近场辐射引起的能量交换可以比远场辐射高若干个数量级.本文计算了SiC和Cu两种球形颗粒的近场辐射换热,发现当颗粒间距非常小时,辐射换热会大大强化.颗粒直径、颗粒间距以及颗粒的介电常数是决定近场辐射换热大小的重要因素,而颗粒温度对近场辐射换热的影响较小.     

超燃发动机燃烧室壁面辐射热流的预测分析

采用蒙特卡罗法结合Edwards指数宽谱带模型模拟计算了超燃发动机燃烧室内的辐射换热.燃烧产物由二氧化碳、水蒸汽与其它非辐射性气体组成.计算中,考虑了压力、温度、组份含量对辐射性气体光谱吸收系数的影响.通过计算,获得了燃烧室壁面的辐射热流分布.研究结果表明,燃烧室内高温高压燃气的热辐射作用很强,壁面辐射热流可达到2.2×105 W/m2.     

球形浮空器升空过程中的瞬态热响应

通过建立平流层浮空器的热模型,对球形浮空器升空过程中的瞬态热响应进行了数值模拟.模型中考虑了太阳直接辐射、散射辐射、地球反照辐射和地-气红外辐射等外部辐射热流,并考虑了浮空器外部和内部的对流换热.通过计算获得了球形浮空器升空过程中的瞬态热响应规律.研究结果表明,升空过程中,球形浮空器壳体温度场存在很大的瞬态不均匀性.     

交变热流下燃烧室外对流传热特性数值研究

采用数值计算对水对流换热边界下天然气燃烧及外部对流传热特性进行了研究。研究了相同燃烧功率不同水入口流速下燃烧及传热特性,得到各个区域交界面温度分布及燃烧室内辐射换热与对流换热占总换热量比例。对天然气高温空气燃烧技术在工业锅炉等设备上的应用具有很好的指导意义。     

表面不透明三层漫反射散射性介质耦合换热

本文采用射线踪迹、节点分析法研究了三层吸收、各向同性散射性介质层内的一维辐射和导热瞬态耦合换热,复合层表面不透明漫反射,介质层交界面半透明漫反射,且半透明漫反射交界面的反射率采用Fresnel反射定律确定。采用一层和二层辐射能量传递模型跟踪辐射能量在三层介质内的传递,从而推导出辐射传递系数。运用辐射传递系数求解辐射源项,在辐射对流边界条件下、采用全隐格式求解瞬态能量方程,并从机理上研究了辐射和导热耦合换热过程。