FV/MC混合算法求解轴对称钝体后湍流流场

介绍一种有限容积／Monte Carlo结合求解湍流流场的相容的混合算法．有限容积法求解Reynolds平均的动量方程和能量方程，Monte Carlo方法求解模化的脉动速度—频率—标量联合的PDF方程．将该算法发展到无结构网格，探讨了在无结构网格中实现两种方法的耦合，包括颗粒定位，颗粒场和平均场之间数据交换等问题．并以二维轴对称钝体后湍流流场作为算例，比较了计算结果与实验结果．     

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.     

钝体后湍流预混燃烧的PDF模拟

本文采用PDF方法对矩形燃烧室内钝体后的湍流预混火焰进行了数值模拟。脉动速度-频率-标量联合的PDF输运方程用Monte Carlo方法求解,质量、动量和能量的平均值由基于无结构网格的有限体积法求解,压力通过状态方程获得。PDF方程中所需的平均密度、平均速度和压力由有限体积法提供,并将用Monte Carlo方法求出的雷诺应力、化学反应源项和比热比传递给有限体积法。本文对丙烷和空气燃烧的不同简化化学反应机理进行了研究,并与实验结果进行比较,获得满意的结果。     

圆形射流湍流场的大涡模拟研究

使用发展的大涡模拟并行程序,数值模拟了圆形射流湍流场,与实验值进行详细比较,对大涡模拟程序进行检验,并分析网格尺度对计算结果的影响。结果表明,大涡模拟计算的平均速度场和雷诺应力场与实验值符合得非常好,验证了该大涡模拟计算程序的可靠性和精确度。同时发现一阶统计矩受网格尺度影响不大,二阶及高阶矩与网格尺度有较大的关系,因此使用大涡模拟方法计算湍流及湍流燃烧问题应对网格依赖性进行必要分析,至少保证二阶统计矩具有较好的精度。     

钝体驻定湍流扩散火焰的数值研究——燃烧模型比较

分别采用标量联合的概率密度函数方法、稳态火焰面模型、Euler非稳态火焰面模型和基于有限体积/Monte Carlo混合算法的完备PDF模型对钝体驻定的Sydney湍流扩散火焰HM1进行数值模拟,以比较不同燃烧模型的性能,并比较标量联合的概率密度函数方法和Euler非稳态火焰面模型对氮氧化物排放预测的差异.计算结果和实验数据的比较表明,采用概率密度函数方法计算化学反应可以得到更好的结果但计算量较大,而用火焰面模型求解计算量较小,在接近完全燃烧的情形下,其计算结果比较合理.     

动态存储方法在气相爆轰波数值模拟中的应用

为减少反应流计算花费的时间，采用动态存储建立热力学数据表（In situ adaptive tabulation, ISAT）的方法来取代反应流计算中化学反应的直接积分（Direct integral, DI），并针对气相H2/O2爆轰波的传播过程进行了数值模拟。采用两种不同的ISAT误差放大判据对一维爆轰波的压力、温度及组分变化进行了计算，并和DI的结果进行了比较以考察其计算精度。此外，还探讨了ISAT方法的效率。计算结果表明，和DI方法相比，在爆轰波传播计算中ISAT方法计算误差小于3％，化学反应计算速度提高了8倍。     

U-RANS/PDF方法的并行计算研究

本文对非结构网格中U-RANS/PDF混合方法的并行计算进行了研究,通过对方柱绕流的数值模拟,讨论了并行程序的有效性和计算效率.非结构网格上U-RANS/PDF混合方法的并行计算,提高了PDF方法的计算效率和处理复杂几何结构的能力,使得PDF方法能够方便地应用于实际燃烧问题.     

PDF方法模拟钝体驻定的湍流扩散火焰

采用标量联合的概率密度函数方法,对钝体驻定的湍流射流扩散Sydney火焰HM1进行数值模拟,结合当地自适应建表方法加速化学反应计算,用修正的LRR-IP雷诺应力模型求解速度场.首次对3种不同规模的甲烷化学反应动力学机理进行研究,并与实验数据进行比较,结果表明,模型和反应机理很好地预测了速度场和标量场的变化及局部熄火现象,而考虑反应机理中的C2化学对火焰HM1的影响不大.     

U-RANS／PDF方法计算钝体后漩涡脱落

本研究发展了U-RANS/PDF混合算法研究湍流和化学反应相互作用对燃烧稳定性的影响,采用有限体积和Monte Carlo相结合的方法在非结构网格中求解相容的U-RANS方程和脉动速度-湍流频率-标量的联合PDF方程.本文对钝体火焰驻定器后冷态流场进行了计算,结果表明此混合算法能够捕捉流场中非稳态的漩涡脱落现象.着重研究了湍流频率模型系数的改变对漩涡脱落频率以及拟序结构在动量输运中的作用的影响.     

κ-ε湍流模型可压缩性修正在超音速混合层中的应用研究

对标准κ-ε两方程湍流模型进行Durbin可实现性、Heinz湍流产生项以及Sarkar可压缩性修正三部分修正.尝试考虑结构可压缩性修正的影响,发展了一个同时考虑结构可压缩性修正和膨胀可压缩性修正的湍流模型.以超音速混合层为基础,分析了各个可压缩性修正的相对重要性,并将混合层厚度增长率、湍流动能的计算结果与实验结果进行比较,验证、分析修正模型的效果.结果表明,修正模型能够准确地预测到超音速混合层的发展,使模拟结果和实验结果更加接近.