湍流扩散火焰的数值分析

本文基于GM80通用计算机程序运用K-ε-g湍流燃烧模型对丙烷-空气湍流扩散火焰进行数值分析,结果合理。 简要介绍了用湍流模型方法估计燃烧现象的基本思想和途径。建立了用于计算浓度脉动的子程序、解浓度脉动均方值方程的程序和便于输入非均匀性初值条件的程序,把这些并入GM80,用实际计算进行了检验。     

微尺度扩散火焰特性的数值解析

本文以均匀空气流中圆管形成的甲烷射流扩散火焰为对象,用数值解析的方法研究了微尺度扩散火焰的火焰结构和燃烧特性。燃烧反应采用甲烷/空气一步总包反应,喷管壁面采用绝热条件。在Re一定情况下,改变喷口尺寸和喷口流速考察了微扩散火焰的结构和火焰熄灭的尺度效应。数值结果表明,随着喷口直径的增大,微火焰的上方出现回流; Re=12条件下,在喷口直径=0.07 mm时存在熄灭极限;稳定燃烧区的最小发热率约为0.5 W;微尺度条件下,Da数对火焰结构和火焰的熄灭有一定的影响。     

火焰曲率对H_2扩散火焰NO排放影响的数值研究

使用不同的H_2/O_2化学反应机理和NO_x化学反应机理模拟了平面对冲火焰。通过和实验数据比较确定了最优的化学反应机理。使用该化学反应机理模拟了管形对冲火焰。通过对比平面拉伸火焰和管形拉伸火焰,突出了火焰曲率对H_2扩散火焰温度和NO排放的影响。分析显示正曲率提高火焰温度,负曲率降低火焰温度,由于NO生成对温度的敏感性,正曲率火焰的NO排放明显高于平面火焰,反之,负曲率火焰的NO排放大大低于平面火焰。     

不可逆化学反应扩散方程

把由刘维方程推得的BBGKY方程用于多元系,可导出不可逆化学反应扩散方程。 关键词：     

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。     

考虑冷气组分扩散的气冷涡轮流场的数值模拟

推导了自然曲线坐标系下时间平均的多组分扩散方程,在原程序基础上增加了对冷气组分扩散方程的求解,以及多组分对比热和气体常数的影响.并对某型两级带冷气喷射的涡轮叶栅进行了全三维N-S方程数值求解.描述了考虑组分变化后的冷气浓度和气体常数在叶栅中的分布,所得比热、温度分布则与不考虑冷气浓度影响的计算结果进行了对比.结果表明,在冷气掺混数值计算中,冷气组分的影响有必要加以考虑.     

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。     

考虑扩散和吸附作用的聚合物驱替过程渗流数值模拟

采用显式求解饱和度、隐式求解浓度的思路,对考虑扩散和吸附作用的聚合物驱替过程渗流模型进行了数值求解.饱和度方程求解应用了显式全变差递减(TVD)法;浓度方程求解过程中,空间项离散采用Crank Nicolson差分格式,时间项变量进行拟线性处理,保证了计算的稳定性.通过与解析解对比,验证了该方法的有效性.计算实例分析表明,扩散使聚合物在溶液中稀释,导致浓度传播分散;吸附使聚合物损耗,导致浓度传播滞后.同时,计算结果直观反映了聚合物驱重要的"油墙"形成机理.在段塞注入情况下,原油富集区在出口端的突破是介于聚合物浓度前缘突破和聚合物浓度峰值突破之间.     

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.     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明,热量的传递主要是通过热气流对流进行,上游高温气流快速沿轴向流动,径向热量传递较弱;而下游轴向速度降低,热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定,而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响,增大射流速度后,火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加,且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响,随着H₂含量增加,燃料向下游传播距离缩短,CO、NO、CO₂浓度降低,H₂O浓度增加。     

基于模态分解的扩散火焰动态响应特性分析

针对扩散火焰燃烧不稳定性,以钝体扰流扩散火焰为对象,研究不同频率声波激励下火焰动态响应特性,通过傅里叶变换(FFT)与本征正交分解法(POD)分析火焰的图像的空间分布的频谱特性.结果 表明,火焰振荡的主要模态为火焰整体的横向振荡、尾流区的频闪振荡与纵向振荡,当外加声波激励频率与火焰自身不稳定频率接近时会增强火焰的频闪振...     

两相扩散火焰结构探讨

利用鼓风式煤油喷灯,开展了不同空气射流流量下的两相扩散火焰结构的试验研究.采用工业相机及红外热像仪对稳定燃烧状态下的火焰参数进行了测量,获得了射流扩散火焰形状、高度和火焰温度随射流流量的变化规律.结果表明,射流扩散火焰呈现下小中间大上面小的形状,在顶端会出现分层或分叉现象;且随着射流流量的增加,火焰面呈现由光滑向褶皱再光滑的变化规律;火焰高度随着射流流量的增加,起初不断减小,直至基本保持不变,流量增大至180L/h时,出现了熄火;火焰最高温度随着空气射流流量的增加先升高后降低.     

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。     

MILD煤粉燃烧湍流与化学反应相互作用的数值分析

采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法分析了湍流与化学反应相互作用下MILD煤粉燃烧的微观特征。比较了涡耗散模型(EDM模型)和涡耗散概念模型(EDC模型)对MILD煤粉燃烧的影响,两者得到的速度场、温度场、烟气成分等结果与实验结果符合较好.在此基础上分析了MILD煤粉燃烧湍流和化学反应的微观特征尺度,发现采用EDC模型能更准确地反映MILD煤粉燃烧的微观特征,即山于强烈的烟气内部再循环导致的高湍流混合和烟气稀释后低氧浓度下的缓慢化学反应.     

等离子体助燃旋流扩散火焰的光谱分析

介质阻挡放电(DBD)辅助燃烧是等离子体技术领域发展起来的新的应用途径.本文利用CCD相机及光谱仪记录并分析甲烷-空气旋流扩散燃烧火焰形态及特征光谱,研究了等离子体激励的助燃、稳燃机理,分析了不同激励方式对等离子激励效果的影响。实验结果表明,等离子体激励放电会产生大量的自由基及活性基团,如CH,OH,O~+,O原子的各激发态能级及N_2第一正带系等谱线,其中重点分析了加电前后及不同激励方式下O原子(3s~3S~0→3p~5P,λ=777.5 nm)及氮气第一正带系B~3Π_g→A~3∑_u~+粒子(振动带波长为λ=891.2 nm)发射光谱变化,由于氮原子与氧原子均为加速燃烧的重要活性粒子,这些基团的产生使得甲烷更容易发生一系列链式氧化反应。定常激励产生的活性粒子浓度大于未经过等离子体激励及非定常激励下所产生的活性粒子浓度;经过等离子体激励后火焰根部更靠近燃烧器喷嘴底部,说明等离子体激励产生的活性粒子加速了链式反应的进行,缩短了点火迟滞时间.     

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。     

扩散p-n结内建电场的数值分析

对高斯分布的p-n结,通过建立相关的一维泊松分布方程,分析边界和初始条件,应用数值计算方法在耗尽层近似和考虑自由载流子两种情况下模拟电场、电势的分布。进一步讨论温度变化对电场、电势分布的影响。     

复杂系统对流-扩散问题的多尺度关联模式与数值模拟

本文针对一类与时间相关的具有某种周期性的复杂系统对流-扩散方程,初步建立了介观与宏观耦合的多尺度分析的一般框架,并进行了数值实验。     

油池火焰前锋的数值研究

应用化学流体力学基本定律,建立了描述油池火灾过程的基本控制方程组和油池表面平衡方程,并对油池火灾过程进行数值模拟,注重研究来流风速变化对油池火焰前锋的影响,计算结果定性合理.     

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.