蒸发模型对乙醇湍流射流火焰模拟影响研究

航空发动机燃烧室高精度数值模拟需要合理的蒸发模型,目前蒸发模型对两相湍流燃烧模拟的影响定量研究不足。乙醇较其他燃料蒸发潜热大,对蒸发模型敏感。文章采用LES求解湍流、TPDF解决湍流和化学反应的相互作用,研究AbramzonSirignano(A-S)蒸发模型、Spalding蒸发模型和厚交换层(NC-TEL)蒸发模型对高雷诺数乙醇两相湍流射流火焰的数值模拟结果并与实验数据对比。定量分析不同蒸发模型对温度、混合物分数及液相分布等的规律性影响发现,A-S蒸发模型在射流中心区域与实验数据拟合较好,在其它区域表现欠佳;Spalding模型在x/d=10截面上模拟结果良好;NC-TEL蒸发模型在x/d>10截面及远离射流中心方向上的模拟结果表现最好。与其他模型相比,NC-TEL蒸发模型在液相速度上与实验数据相差最大为21.9%,表现最好。     

初始条件对喷雾火焰着火影响的大涡模拟研究

本文基于LES-LEM模拟方法开展了不同环境温度、压力条件下正庚烷喷雾火焰的大涡模拟研究。首先,通过与ECN喷雾燃烧基础数据库(Engine Combustion Network,ECN)中的实验结果进行对比,发现LE-LEM方法预测的着火延迟期和火焰浮升长度与实验值非常符合。因此,基于此分析了不同发动机工况下喷雾燃烧的着火和燃烧过程。结果显示高温火核首先出现在浓混合气区域,同时,喷雾火焰中同时存在预混和非预混燃烧。计算结果显示燃烧能够使喷雾火焰加速向下游发展,但高环境压力又能抑制喷雾火焰向下游运动。     

浮力对矩形射流扩散火焰影响的大涡模拟

本文对浮力作用下的矩形射流扩散燃烧过程进行了三维大涡模拟。数值模拟结果展示了浮力作用下矩形射流扩散火焰的动态弯曲过程,比较分析了射流速度对火焰刚性的影响,发现射流速度越高火焰弯曲程度越小、燃料喷射距离越远。对浮力作用下的水平射流横截面流动分析结果表明,由于流向涡的卷吸作用在局部区域存在逆着浮力方向的流动。     

不同湍流模型对热等离子体射流模拟的影响

本文应用大气压等离子体射流传热与流动的三维数学模型,在相同初始条件下,计算得到了采用不同湍流模型时氩等离子体射流对称轴线上的温度、速度及空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果表明采用标准κ-ε模型和Realizableκ-ε模型时与实验结果相差较大,而采用RNGκ-ε湍流模型时模拟结果与实验数...     

受限湍流射流扩散火焰的PDF模拟

采用k-ε双方程模型和概率密度函数(PDF)相结合的办法,研究受限条件下的湍流射流扩散火焰,着重考虑受限条件下固体壁面、压力梯度等因素对速度场和标量场求解的影响,并在此基础上对两个不同尺寸的受限湍流燃烧场进行计算,分别研究了受限湍流射流扩散火焰的流场结构、火焰结构和火焰形状.最后给出结果,定性分析,并得出结论.     

三维超声速射流火焰的直接模拟研究

本文使用了直接模拟（DNS）程序计算了三维超声速湍流射流火焰。首先介绍了本程序使用到的计算方法,包括热物性参数和输运参数的计算、反应机理、边界条件、离散方法。然后,本文使用该方法计算了马赫数为1.2的三维超声速H₂-AIR湍流射流火焰,描述了火焰的整作结构。最后,本文对火焰底部的稳燃的机理—自燃进行了分析和论证。     

甲醇对氨着火特性的影响与动力学分析

利用激波管试验平台测量了氨/甲醇混合气在不同当量比、不同掺混比、高温中低压条件下的着火延迟期。基于试验数据,提出了一个新的组合简化模型(NH₃-M),能够较好地预测氨/甲醇混合气的着火延迟期,基于该模型进行了化学反应动力学分析。结果表明,添加5%(摩尔分数)的甲醇可以使氨/甲醇混合气的着火延迟期缩短60%以上,氨/甲醇混合气着火延迟期的对数和着火温度的倒数均满足线性关系,影响该混合气的着火延迟期主要是OH、O、HO₂、H等小分子自由基,氨和甲醇最初的消耗均从脱氢反应开始,R224:H+O₂=O+OH是敏感度最大的着火促进反应,R466:CH₃OH+NH₂=NH₃+CH₃O和R467:CH₃OH+NH₂=NH₃+CH₂OH并不直接促进着火,而是产生的中间产物进而生成活性物质促进了整个反应的进行。     

轻组份燃料对乳化油蒸发与着火影响的研究

本文研究了较组份添加剂对单滴乳化油着火规律的影响。实验采用挂滴法。实验中,测量了体积比为十二烷：正庚烷：水6：0：4,5：1：4,4：2：4,3：3：4的着火延迟时间。实验结果和数值计算表明,在乳化油中加入易挥发添加剂能有效缩短乳化油的着火延迟时间,着火延迟时间随着添加剂加入量的增加而缩短,当易挥发添加剂含量较大时,着火延迟随着添加剂加入量的增加,变化越来越缓慢。这一结果对解决在掺水量大的条件下保证柴油机中乳化燃料的正常点火与启动具有实用价值。     

重力对扩散射流火焰动态特性的影响

本文探讨重力对扩散射流火焰动态特性的影响规律。结果表明,火焰闪烁现象是一种浮力诱导不稳定性,在浮力消失或反向重力场中,不存在这种不稳定性现象,闪烁频率与燃料射流速度无直接关系,但涡的大小随燃料射流速度的增大而增大。存在触发火焰闪烁的临界高度,闪烁频率与重力成平方根关系式。反向重力情况下,也存在浮力稳定型平面火焰,它反映了浮力与火焰的耦合作用。     

甲烷平面射流扩散火焰的大涡模拟

本文对甲烷-空气平面自由射流扩散火焰进行了大涡模拟,采用分步投影法求解动量方程,湍流亚格子项采用动态模式模拟,化学反应速率亚格子项采用动态相似模式模拟,压力泊松方程采用修正的循环消去法快速求解,空间方向采用二阶精度的差分格式,在时间方向上采用二阶精度的显式差分格式。模拟结果给出了湍流扩散火焰的瞬态发展变化过程,表明射流扩散火焰的发展过程存在着“湍流控制”和“化学反应控制”两个不同阶段。 “湍流控制”阶段仅存在于火焰发展初期的极短时间内。     

湍流射流扩散火焰中NOx排放量的数值模拟

本文采用k-ε模型和求解标量的联合概率密度函数输运方程相结合的方法，利用文献[1]提出的简化NOx生成机理，对甲烷湍流射流扩散火焰中NOx的排放量进行了计算。计算结果表明，采用这一方法对污染物排放进行数值模拟是行之有效的，很有发展潜力。     

基于FGM的湍流射流扩散火焰超大涡模拟

为了研究超大涡模拟(VLES)预测湍流燃烧问题的能力,本文采用VLES结合基于假定概率密度函数的火焰面生成流型(FGM)建表湍流燃烧模型对值班甲烷/空气湍流射流扩散火焰(Sandia Flame D)开展了高精度数值研究,并与实验结果进行了详细比较.结果表明本文发展的VLES-FGM方法可以较准确地预测出湍流射流扩散火...     

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。     

不同湍流模型对圆射流数值模拟的讨论

采用FLUENT软件,选择Spalart-Allmaras模型,标准κ-ε模型以及RNG κ-ε模型对气体无限空间淹没湍流圆射流进行了数值模拟,并将计算结果与理论分析及实验测量方法所得结果进行比较.结果表明,三种模型都能较好反映射流规律,但计算数值与理论值和实测值有所差异,标准κ-ε模型的模拟效果最好.     

甲醇对正庚烷层流预混火焰影响的实验研究

利用低压层流预混火焰结合同步辐射真空紫外光电离技术和分子束取样质谱技术,探测到并计算了甲醇摩尔掺混比为0%、11%、28%和50%的甲醇/正庚烷/氧气/氩气火焰中62种燃烧中间产物和最终产物的摩尔分数.结果发现,甲醇的加入对正庚烷的消耗速率和大分子裂解没有影响,其主要作用表现在对C1和C2小分子摩尔分数的影响.甲醇的氧...     

滞止平板对乙烯射流扩散火焰碳烟特性影响

利用高分辨透射电镜和热重分析仪,研究了滞止平板对乙烯射流扩散火焰中生成的碳烟颗粒微观结构和氧化活性的影响.结果表明,壁面作用(Flame-wall interaction)使碳烟颗粒在滞止平板表面呈同心圆分布.内圈为初生碳烟颗粒,为无定形片层结构,外圈碳烟颗粒较为成熟,形成核壳结构,且有明显的同心片层组织.内圈碳烟颗粒的氧化活性高于外圈碳烟颗粒,随着高度增加,壁面作用使内圈颗粒氧化特性减弱,外圈颗粒的氧化特性增强,内圈颗粒的氧化特性始终强于外圈颗粒.     

直接模拟离散颗粒对湍流射流的影响

发展了一种基于双向耦合的直接数值模拟方法,研究了两相湍流射流中离散颗粒对气相射流的影响。流场采用高分辨率的算法直接耦合求解,颗粒相采用拉格朗日方法跟踪。结果表明不同Stokes数的颗粒对射流的影响不同。所有的颗粒都降低了射流速度半宽,但对流向平均速度剖面的影响比较复杂.Stokes数为0.01和50的颗粒降低了横向平均速度,使得湍流强度剖面变的更宽更低;而Stokes数为1的颗粒则增加了横向平均速度,降低了湍流强度。     

PIV对射流煤粉火焰流场特性的分析

为研究湍流煤粉射流进入高温环境后的流动及混合特性,采用PIV测量平流射流煤粉燃烧器中心射流区域的流场特性。通过对不同示踪粒子特性的分析,选定SiC表征气相流场,选定煤粉表征煤粉射流流场。实验结果表明;煤粉具有较好的散射特性,因而采用PIV可获得合理的煤粉颗粒流场;相同射流速度下,冷态射流比热态有更强的湍流脉动特征,主要原因是热态条件下气流黏度增加2~3倍,显著降低射流Re。     

煤粉射流火焰的DNS研究

本文用直接数值模拟(DNS)的方法对煤粉气固两相射流燃烧进行了研究。文章介绍了DNS的数值计算方法,包括气相、颗粒相的控制方程以及煤粉燃烧模型。分析了煤粉射流燃烧火焰的结构形态,发现火焰区域中存在三种火焰形态,通过火焰特性的统计研究,发现虽然火焰形态不同,但是其燃烧特性相似,非预混火焰占主导地位。分析火焰释热量,发现上游处单颗粒燃烧释热量较小,条带状释热量占24%,对下游稳定火焰的形成至关重要。