Soret扩散对合成气层流火焰速度的影响

本文通过包含详细化学反应机理的数值模拟研究了常温常压和高温高压下Soret扩散对成气预混火焰的影响。研究重点是揭示并解释Soret扩散对合成气/空气层流火焰速度的影响。研究结果表明,合成气/空气层流火焰速度的下降主要是由H自由基的Soret扩散导致的,而H₂分子Soret扩散的影响几乎可以忽略不计。这是因为主反应区和H自由基的Soret扩散是强烈耦合的。由于H自由基Soret扩散流量的增强,Soret扩散对燃烧流量的影响会随着初始温度和压力的升高而增强。     

湍流扩散火焰的非稳态火焰面模拟

采用稳态的和非稳态的火焰面模型同时对一个湍流甲烷射流扩散火焰进行了数值模拟,比较了两者对湍流平均火焰结构、活性自由基和污染物(氮氧化物)排放的模拟效果。速度场采用κ-ε模型计算,守恒标量混合物分数的分布通过其概率密度函数(PDF)输运方程的求解得到。稳态的火焰面结构由查询火焰面数据库得到,而非稳态的火焰面结构由火焰面方程和流场方程耦合求解来计算。采用详细的GRI—Mech 3.0机理描述甲烷的氧化和氮氧化物的形成。数值模拟结果和实验数据作了广泛的对比,验证了火焰面模型对湍流扩散燃烧的定量模拟能力。     

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。     

湍流扩散燃烧的数值研究-PDF方法和火焰面模型的性能比较

采用标量概率密度函数(PDF)方法、稳态和非稳态火焰面模型三种方法对一个值班湍流CH_4/O_2/N_2射流扩散火焰(Sandia Flame D)进行数值计算,以比较不同燃烧模型的性能。PDF方法通过计算反应标量的PDF输运方程来得到标量分布,而火焰面模型只求解单标量混合物分数的PDF方程,组分和温度分布通过火焰面方程的求解或者火焰面数据库的插值得到。计算结果和实验数据对比表明PDF方法计算结果最好但计算量相当大,稳态火焰面模型则反之。综合而言,非稳态火焰面模型的预测结果相对稳态模型有了非常大的改进,而计算量仍然容易接受,非常适合工程应用。     

拉伸流扩散火焰面结构及熄火的研究

对拉伸层流扩散火焰面进行了数值模拟,考察了在以往湍流燃烧的火焰面模型中,假定Lewis数等于1的可靠性,研究了不同分子扩散和火焰辐射对火焰面结构、氮氧化物排放和熄火临界的影响.计算结果表明,Lewis数等于1的假定在火焰面结构的计算中存在很大的近似性,火焰辐射可以引起低拉伸条件下的熄火临界.     

辐射模型和弥散效应对多孔介质内燃烧影响的数值模拟

本文根据气固两相局部非热平衡假设,建立了甲烷/空气预混气在惰性多孔介质内的一维层流燃烧数学模型。分别采用附加导热、Rossland模型和二通量法模型求解固体能量方程中的辐射源项,研究了热辐射模型和弥散效应对多孔介质内燃烧火焰结构的影响。结果表明,多孔固体表面辐射的影响不可忽略,辐射模型对火焰温度的预测影响显著,而弥散效应对气体温度的分布及反应热影响则较小。     

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。     

高压湍流燃烧中组分扩散的数值研究

本文通过分析高压对流扩散湍流燃烧直接数值模拟的高精度结果,研究了复杂燃烧反应中组分扩散过程。在直接数值模拟中,本文使用的组分扩散项在Fick扩散的基础上添加了不同组分扩散、Soret扩散、Dufour扩散、和多组分扩散。计算对比分析了组分扩散在不同环境压力和雷诺数下的区别。此外,为了能够量化的研究高压下组分扩散对燃烧造成的影响,本文推导了用于简化计算的有效扩散因子模型。结果显示,在超过临界压力的情况下,不同组分扩散效应十分显著.且相较于浓度高且分子量大的组分,燃烧过程中产生的低浓度小分子量的组分更易受到其他组分浓度梯度、压力梯度和温度梯度的影响.     

CH4/O2/N2层流火焰瞬态响应特性数值分析

用数值分析方法研究CH₄/O₂/N₂层流扩散火焰的瞬态响应特性.采用详细的GRI-Mech 3.0机理(包含53种组分,325个基元反应)描述CH₄氧化和NO_x生成.首先比较火焰面稳态结构的计算结果和实验数据,以验证数值方法的可靠性.用台阶跃变的火焰拉伸率来模拟瞬态流场对火焰面局部结构的影响,给出了火焰面结构(温度、组分浓度)的瞬态响应曲线,分析了火焰面的响应特性.着重探讨了不同拉伸率跃变幅度对响应特性的影响,发现火焰面的响应对于拉伸率正向跃变和负向跃变并不对称,而是相反,且在小的拉伸率跃变范围内火焰面响应时间和拉伸率跃变幅度近似成反比关系.另外,温度的平均响应时间远大于一个典型湍流燃烧场的流动时间尺度,说明火焰面非稳态效应对于湍流燃烧数值模拟有重要意义.     

稀释H2/CO混合气与空气对撞燃烧的数值研究

采用多组分混合物中扩散速度表达式并考虑Soret效应,在物理空间求解同时加入了多种稀释成分(CO2,H2O,N2)的H2/CO混合气与空气对撞燃烧形成的非预混火焰;考察了稀释成分加入与否以及稀释成分浓度的调整对于火焰结构以及相应熄火拉伸率产生的影响.结合数值计算中采用的化学反应机理,从稀释给H2/CO混合气所带来的物理...     

二维柱对称辐射输运基准模型及程序考核

对二维辐射扩散和输运模型问题,分别构造具有含外源项的精确解,解具有一定的物理特征且形式简单,并且辐射输运方程的解可以直接退化到辐射扩散的情形.给出LARED-R程序求解扩散模型数值解及分析.     

氢气扩散火焰中辐射源项湍流脉动特征的PDF模拟

采用κ-ε湍流模型、标量联合的概率密度函数(PDF)输运方程和层流火焰面模型相结合,模拟氢气自由扩散火焰中辐射源项湍流脉动特征.给出了主燃区内辐射源项湍流脉动的频率图.辐射源项的样本点分布集中,大约95%以上的样本落在其系综的±3倍方差以内,频谱图为单峰.     

火焰辐射及偶丝导热对热电偶测温影响的数值分析

本文利用层流同向扩散乙烯火焰的数值模拟结果,根据所得的火焰温度场、气体速度场、火焰辐射场,分析火焰辐射、热电偶偶丝导热对热电偶测温的影响.结果表明在火焰的低温区火焰辐射要大于节点向外辐射,节点得到的能量要高于节点损失的能量,因此在火焰的低温区节点温度要高于当地的气体温度;同时直径为100μm的热电偶存在较大的导热,对节点温度测量有较大的影响.     

湍流扩散火焰反应速率的研究

在建立湍流燃烧模型时需要处理燃烧速率,途径之一是研究构成湍流火焰区的流体夹层块;分析湍流、分子输运和化学动力学诸因素的影响;并通过对流体块分布的设计分析确定整个湍流火焰的状态.本文着眼于在大尺度湍流中,由燃料和氧化剂构成的流体夹层块用解析和数值方法研究拉伸速率、输运性质和化学动力学因素对湍流扩散火焰燃烧速率的影响,以求对湍流燃烧机理认识的深化。     

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.     

层流拉伸非预混火焰影响因素的数值研究

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反应机理均对火焰面结构的准确模拟有着重要影响.此外计算了考虑热辐射时,随着当量混合的标量耗散率的改变而变化的每单位火焰面面积放热速率和燃烧场的最高温度,并分析了层流非预混火焰的熄火现象.     

高压下CO2稀释的CO/H2/Air火焰贫可燃极限处的辐射重吸收效应的数值研究

本文分别采用考虑辐射重吸收的谱带辐射（SNBCK）模型及未考虑辐射重吸收的光学薄辐射（OPT）模型,对0.1～4 MPa,CO₂稀释比为0%和20%的一维预混层流合成气/空气火焰进行数值分析,研究辐射重吸收效应对可燃极限及极限处的火焰传播速度和温度的影响。结果表明,辐射重吸收效应能有效拓宽贫可燃极限,提高燃料中CO₂比例或提高CO/H₂比例都会加剧上述效果。辐射重吸收效应随压力增大而逐渐增强,并造成可燃极限处最大火焰温度随压力先增加后减小,在1 MPa左右达到峰值。     

湍流对多孔介质内预混火焰影响的初步研究

当气流速度较大时,多孔介质内预混燃烧的模拟需要考虑湍流的影响,本文利用简化的k-ε双方程湍流反应流模型对多孔介质内的预混火焰进行了数值模拟.结果表明,湍流大大加强了气流的组分和能世扩散,计算得到的火焰传播速度、CO及NO的排放量都与实验值符合得比较好,与层流模型相比,湍流模型能够改善计算结果.     

乙烷对冲扩散火焰中PAHs的生成

本文使用详细的化学反应机理模拟了C2H6／O2／N2／AR层流对冲扩散火焰中多环芳烃的生成动力学过程。反应机理包括96种组分的502个基元反应。通过数值计算分析了层流对冲火焰的结构和主要反应物、中间物质和反应产物的浓度变化,并与相关文献的实验结果进行了比较。结果表明,数值模拟在燃烧过程和PAH生成规律上与实验结果是一致的,但在某些组分的定量预报上存在一定的差别。     

应用PDF方法对甲烷射流火焰组分浓度分布的数值研究

本文用k-ε模型和PDF方程相结合的方法对甲烷湍流射流扩散火焰进行了求解，发现Peters等提出的四步反应模型在径向分布预示性能不好，本文对甲烷射流扩散火焰的实际工况进行了分析，提出反应模型的改进方案。改进后的模型所给出的组分浓度分布比原四步反应模型更符合实验结果。验证了修正模型所依据的思想．