不同工况下旋流液雾燃烧的直接数值模拟

采用有限差分方法对不同工况下三维旋流液雾燃烧进行了直接数值模拟,其中液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行,液滴的蒸发相变采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,模拟中采用的模型燃烧器尽可能逼近真实的燃气轮机旋流燃烧器.结果发现,旋流液雾燃烧流动和火焰结构受到旋流方式和当量比的影响,流场中出现了反平行排列的...     

超音速氢气燃烧火焰结构特性的直接数值模拟

在课题组前期工作的基础上,对一马赫数为1.2的三维超音速氢气射流抬升火焰进行了直接数值模拟研究,其中空间离散采用波带优化的四阶WENO格式,时间积分采用带有TVD性质的三步三阶龙格库塔格式,边界条件采用了无反射特征边界条件,总的计算网格数达到9.75亿。结果表明:超音速射流氢气燃烧火焰可分为根部层流状的高温高热量释放率稳燃区、高度褶皱的湍流剧烈混合区和远场燃烧区。火焰自燃稳燃点出现在喷口附近的x/D=0.86处,对应着最易反应混合分数。在此下游,预混燃烧和扩散燃烧两种模式同时存在,其中在剧烈混合区和远场区火焰以扩散燃烧为主,但在火焰根部的局部区域预混燃烧热量释放率达到35%左右。     

旋流非预混燃烧火焰流动特性的实验研究

利用粒子图像速度场测量技术(PIV)对不同工况下的旋流非预混燃烧流场进行了测量,考察不同燃空速度比下旋流火焰的流动特性.结果表明,轴向截面上径向平均速度流场以燃烧器轴线呈中心对称,轴向平均速度、轴向脉动速度和径向脉动速度沿燃烧器轴线成对称分布,且轴向平均速度和轴向脉动速度的最大值出现在轴线处.随燃空速度比的增大,轴向平均速度和脉动速度增大,随着与燃烧器表面的距离增加,流场截面上轴向平均速度和脉动速度差异不断减小.     

气液两相旋流燃烧的时均统计特性

通过直接数值模拟的方法研究了旋流燃烧器中三维正庚烷喷雾燃烧,为实际喷雾蒸发和燃烧问题提供参考。气相燃烧模型采用自适应单步反应机理,液相采用拉格朗日方法跟踪,液滴蒸发采用无限传导蒸发模型。本文研究了气相和液相时均特性.结果发现燃烧和中心回流区(CRZ)之间有相互促进作用;同向旋流导致更强的中心回流区(CRZ),但是会有更小的外部回流区(ORZ);富预混燃烧会有更高的化学反应速率,并且蒸发冷却的影响更为明显;湍流入流会导致更高的液滴散布和更小的液滴直径。     

H_2/N_2湍射流抬升火焰的直接数值模拟

使用上海超算中心的并行计算机模拟了一个实验参数下的湍流射流抬升火焰。该实验的喷口直径为4.57 mm,实验雷诺数达到了23600。为了完成这个高雷诺数射流燃烧的直接数值模拟,共采用了1024个CPU,共计2.85亿网格。主要介绍了采用的直接数值模拟方法,实验的具体参数以及选取该实验作为模拟对象的原因。最后用直接数值模拟的结果具体分析该实验的着火机理。     

湍流分层燃烧的直接数值模拟和小火焰模型研究

湍流分层燃烧广泛应用于工业燃烧装置,但是目前还比较缺乏适用于湍流分层燃烧的高精度数值模型。本文利用直接数值模拟数据库,对高Karlovitz数分层射流火焰的小火焰模型表现进行了先验性评估。考虑了两种小火焰模型,一种是基于自由传播层流预混火焰的小火焰模型M1,另一种是基于分层对冲小火焰的小火焰模型M2。研究发现M1和M2在c-Z空间的结果与直接数值模拟在定性上是一致的。在物理空间,M2对过程变量反应速率脉动值的预测结果要优于M1.     

HCCI工况下氨氢混合物燃烧的直接数值模拟

本文利用直接数值模拟方法对均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition)工况下氨氢混合物的着火和燃烧特性进行了研究。结果表明,着火首先从局部孤立区域处发生,随后发展到整个计算区域;最高燃烧温度和热释率随着掺氢比的增加而增加;通过与零维计算结果对比,发现湍流和热分层使得氨氢混合物着火提前。利用直接数值模拟数据计算了反应锋面的位移速度,并据此分析了自着火和火焰传播这两种燃烧模式。发现在低掺氢比的情况下,燃烧模式以自着火为主;而在高掺氢比的情况下,燃烧模式以火焰传播为主。     

H2/air旋流预混燃烧的流场特性和火焰结构分析

本文采用完全可压缩的N-S方程,对当量比为1.0的H₂/air旋流预混火焰进行了直接数值模拟研究。氢气和空气的化学反应采用9种组分19步的详细机理。模拟结果表明,强旋流流场中存在回流区,碗形旋流火焰稳定在回流区的外围。在火焰面上沿火焰法向提取了局部火焰结构,将局部湍流火焰结构与层流预混火焰的火焰结构进行了比较,发现局部湍流火焰比层流预混火焰更薄,燃烧强度更高。     

旋流对煤粉燃烧NO排放影响的数值模拟

本文用基于HCN释放的简化Solomon模型的NO生成湍流反应的统一二阶矩代数模型(AUSM)和煤粉燃烧的双流体模型,对不同旋流数下煤粉燃烧器内两相流动,煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟。模拟结果和文献中实验结果符合很好。模拟结果指出,随着旋流数的增加,NO的排放先减少后增加,燃尽率先增加后减小,和气体燃烧中得到的规律类似。     

旋流泵全流道三维定常流场的数值模拟

本文在计算模型采用分块非结构化六面体网格的基础上,利用雷诺平均N-S方程,标准k-ε紊流模型,结合 SIMPLEC算法,数值模拟了旋流泵的内部流动,得到了旋流泵压力面、吸力面上的压力分布,同时也估算了叶轮的效率, 比较了旋流泵试验性能与数值模拟性能,有助于了解旋流泵的内部流动特性,指导旋流泵的水力设计。     

旋流燃烧NO生成的USM湍流反应模型

用统一二阶矩(USM)湍流反应模型对不同旋流数下甲烷-空气旋流燃烧NO生成进行了数值模拟,并和EBU-Arrhenius(E-A)燃烧模型对燃烧的模拟结果和简化PDF湍流反应模型对NO生成的模拟结果以及相应的实验结果进行对比。结果表明,USM模型显著地优于E-A模型和简化PDF模型。E-A模型不能合理地模拟有限反应动力学,而简化PDF模型用两个单变量PDF的乘积代替联合PDF,大大地低估了NO湍流反应率。USM模型预报结果和实验结果符合最好。     

旋流扩散燃烧中旋流数对热NO生成的影响

本文对旋流扩散燃烧进行了数值模拟，研究旋流数对热ＮＯ生成的影响，其中对湍流采用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力方程模型，对燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型，对热ＮＯ生成采用设定ＰＤＦ的模型。预报了不同旋流数下轴向和切向的平均和脉动速度、温度和ＮＯ浓度，指出随着旋流数的增大，计算得到的出口平均ＮＯ浓度首先升高然后下降。这一趋势和本文作者最近的实验结果的趋势一致．随着旋流数的增大，湍流脉动首先下阵然后升高，而进口附近的温度上升，二者综合效果造成上述趋势、因此在实际燃烧器中，完全靠改变族流数来控制ＮＯ生成是不现实的。应该采取其他方法来降低ＮＯ的生成。     

高温条件下甲醇喷雾的燃烧特性

高温条件下甲醇喷雾的燃烧特性杨长林，舒国才，刘月辉，王懿铭（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津３０Ｏ０７２）关键词高温环境，甲醇喷雾，燃烧特性１前言甲醇作为一种内燃机代用燃料，已经受到了人们的广泛重视，但由于甲醇的十六烷值低，着人性能差，因此在柴...     

高温环境下柴油喷雾的燃烧特性

在高增压柴油机及陶瓷隔热柴油机的研制中，往往因柴油机燃烧室内压缩终了的温度参数较高（一般＞９００Ｋ），燃烧过程恶化，而导致达不到预期的功率、燃油经济性与排放指标。本文概括了我们在定容燃烧装置中模拟高强化柴油机燃烧室内的高温高压条件下，对柴油喷雾燃烧过程的研究结果。利用计算机对高速摄影图象处理并结合热力学分析计算，定量地考察了温度条件对着火，火焰发展和空气卷吸过程的影响，根据实验结果总结了柴油喷雾在高温条件下燃烧过程恶化的重要原因。     

双侧进气突扩燃烧室内液雾燃烧的数值模拟

本文采用全双流体模型对部分切向进气管式双侧进气突扩燃烧室内的液雾燃烧过程进行了数值模拟，将液雾群按初始尺寸分组，数值模拟结果表明不同尺寸液雾的蒸发及燃烧过程显著不同，小尺寸的液雾是先蒸发后燃烧，而较大尺寸的液雾则是边蒸发边燃烧．模拟结果还表明，部分切向进气方式有利于在燃烧室的头部产生大面积的中心回流区，该回流区的存在有利于加强混合及火焰稳定．     

径向湍流旋转射流的计算研究

本文对径向湍流旋转射流作了计算研究,考察了边界条件的不同取法对计算结果的影响,并与过去国外学者发表的实验结果作了比较讨论,再次证明边界条件的适当改变,对射流的渐近扩张速率有明显的影响,也有助于流场其它参数（如雷诺应力,脉动速度）预测的改善。同时我们也看到:（1）由于实验数据的误差;（2）也由于流场上游的边界条件不是实验测量的,除了湍流结构系数Y12F是作者凭经验估计的以外都是用的文献[2]的计算结果; （3）由于平均流动定常的假定;湍流应力的预测,特别是左边半幅和uw,还不理想。     

几种二阶矩模型模拟湍流旋流燃烧的比较

本文对几种二阶矩湍流反应模型,包括统一二阶矩模型、只考虑温度脉动的二阶矩模型、只考虑浓度脉动关联的二阶矩模型、及同时考虑温度脉动和浓度脉动关联的二阶矩模型,进行了比较。将上述模型加入到FLUENT6.0软件平台上,模拟了不同旋流数下甲烷-空气的旋流燃烧。模拟结果和实验结果进行了比较,探讨了各关联量大小及其对时平均反应率的影响。结果表明,统一二阶矩湍流反应模型具有最好的模拟效果。其原因是,各种关联矩中,化学反应率系数与浓度间的脉动关联最重要。     

旋转射流冲击换热液晶显示实验研究

采用热色液晶测温技术对以二氧化碳为工质的稳态射流冲击换热和管内插入扭转带方式的旋转射流冲击换热进行了实验研究。与普通射流相比,旋转射流导致驻点附近区域的换热趋于均匀化。其换热系数在大于某一半径之后高于普通射流,但在驻点附近相对较低。旋转射流对换热的此种影响随雷诺数的增大而减弱。     

湿空气扩散燃烧火焰结构特性研究

利用二维粒子成像速度仪(PIV)对钝体燃烧器中的甲烷／湿空气扩散燃烧的速度场进行测量,考察其火焰的结构特性及其内部流动状况。通过对湿空气燃烧流场与普通燃烧流场的对比分析表明,湿空气燃烧情况下,两种燃烧状态的火焰(回流燃烧火焰和中心射流主导火焰)相互转换的燃空速度比(γ)值要比普通燃烧的小;湿空气燃烧使得喷嘴后的同流空气的速度降低,空气的回流作用减弱,燃料更容易冲出回流区,火焰的稳定性能变差。