基于多种控制机理的湍流爆炸燃烧模型研究

本文针对狭长受限空间油气爆炸燃烧发生、发展过程特点,建立不同控制机理制约不同反应步的分步反应湍流燃烧模型。该燃烧模型的基本思想在于将化学反应分为两步进行,各步的控制机理不同,各步释放的能量也不同．采用分解、混合、反应的分步方式来模拟油气爆炸燃烧过程,通过实验和数值计算结果表明,该模型能较好解决湍流爆炸燃烧过程的数值模拟问题,其结果与实验吻合很好。     

可燃悬浮寺燃烧诱导激波可其加速过程研究

以铝粉为例，基于双流体模型，分别采用ＴＶＤ格式和ＭａｃＣｏｍａｃｋ格式计算气相和颗粒相流场，基于Ａｒｒｉｈｅｎｉｕｓ定律及管道壁面湍流ｋ－ε模型计算流场反应速度，对水平燃烧管内可燃悬浮粉尘在弱点火条件下激波的产生及加强过程进行了理论分析与数值模拟。研究发现，壁面湍流在火焰加速及燃烧诱导激波过程中起着关键作用，数值计算结果揭示了可燃悬浮粉尘云中压缩波到激波的转捩机制及气固两相流场参数的变化规律。计算     

湍流燃烧二阶矩模型的研究进展

湍流燃烧模型在燃烧过程数值模拟中十分重要.商业软件中仍然应用的简单模型,如EBU和预设PDF模型,常常不能很好地模拟有限反应动力学.目前通行的湍流燃烧模型,如层流小火焰模型和条件矩模型,只对一定的火焰类型和火焰结构的效果较好.PDF方程模型更通用,但计算量太大,用于大涡模拟更是如此.另一类是统计矩模型,即基于湍流模型的...     

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.     

甲烷-空气同轴突扩湍流燃烧的新二阶矩模型的数值模拟

用本文作者最近提出的湍流燃烧新二阶矩模型对无旋和有族情况下的轴对称甲烷-空气湍流燃烧进行了数值模拟,并将其结果和ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型和原来的二阶矩模型等湍流燃烧模型的模拟结果以及文献中实验结果进行了比较,对不同的模型进行了评价,结果表明新二阶矩模型较其它模型更合理。     

孤立碳颗粒聚团燃烧过程的研究

数值模拟气体流过孤立碳颗粒聚团的燃烧反应过程。计算表明穿过颗粒聚团的气体流量主要与颗粒聚团空隙率有关。当颗粒聚团空隙率小于0．8时,穿过颗粒聚团的气体流量可忽略不计。碳颗粒聚团内温度呈现迎来流面低、背流面高,两侧低中间高; CO和CO2含量呈现迎来流面低、背流面高,两侧低中间高的变化趋势;而O2含量迎来流面高、背流面低,两侧高中间低。颗粒聚团内不同位置的颗粒消耗的碳量不同。颗粒的相互团聚将降低碳的消耗量,同时也抑制碳颗粒燃烧过程NO和N2O的生成。     

激波诱导下纳米铝粉与微米铝粉的爆炸特征对比研究

对比研究了入射激波诱导下纳米铝粉和微米铝粉与环氧丙烷混合物快速反应系统中的爆炸特征.利用多台单色谱仪同步采集技术实验测定了二种反应混合物在不同诱导激波中强度作用下的点火延迟时间.为获得爆炸系统内部信息利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射分析仪(XRD),X射线能谱(XPS)对相应铝粉反应生成物的结构、态貌、表面氧化层厚度进行了表征和分析.结果表明:TEM结果表明纳米铝粉生成物为絮状、针状和纤维状,而微米铝粉生成物为球状且体积增大;XRD结果显示在压缩区、点火区、燃烧区、爆炸区、传播区、碎片压缩致冷区生 关键词： 诱导激波 点火 XPS能谱 铝粉     

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。     

水下爆炸特性的二维数值模拟研究

 对带有3 mm左右厚铝壳或钢壳的柱形TNT、RS-211、T/Γ（35/65）以及ROT901装药在水下采用一端点起爆后,水中冲击波超压分布进行了二维数值模拟研究。对该四种炸药的每一种,分别考虑了药量为1 kg、3 kg、5 kg和8 kg四种TNT当量的柱形装药情况。柱形装药的长径比为L/D=1.5左右。计算使用的程序为二维欧拉多流体网格法流体力学计算程序MFIC。给出了水中冲击波超压的空间和时间分布;对铝壳和钢壳两种情况的结果进行了分析、比较;同时给出了缩比模型与1∶1模型之间相应物理量之间的缩比关系。     

高温空气低燃气浓度燃烧过程的数值模拟研究

从工程实际出发,本文提出了高温空气低燃气浓度燃烧新技术,即充分利用烟气余热提高助燃空气温度,提高热能利用率;同时通过优化喷口结构,提高燃气射流速度,使燃气射流在同空气射流混合燃烧前卷吸大量炉内烟气,从而降低燃气射流中的可燃物浓度,进而降低氮氧化物的排放。通过数值模拟研究表明,通过燃气射流速度从24.56m/s提高到55.26m/s,可以降低NOx的排放;当围绕燃气喷口的六个圆形空气喷口改为两个矩形喷口时,燃气射流可从两侧卷吸更多的炉内烟气,形成低燃气浓度燃烧,从而大大降低了NOx的排放。     

高温空气燃烧炉内湍流混合特性的数值研究

应用自行研发的三维流动、燃烧、传热和污染物NO_x湍流生成的数值模拟程序,对高温空气燃烧实验模型炉进行了湍流扩散燃烧混合特性的数值模拟.数值预报了燃烧室内气体燃料和空气的混合物分数及其湍流脉动的三维分布.数值研究结果表明:在一定的几何条件和气体动力学条件下,高温空气燃烧的湍流混合在更广泛的区域内以较小梯度的进行;混合物分数的脉动主要分布在燃烧区,这表明高温空气燃烧的火焰厚度更大,具有燃烧释热更趋均匀的特性.数值模拟结果与相关的实验结果有相同的规律.     

660 MW超临界W火焰锅炉低负荷稳燃特性研究

"碳中和"、"碳达峰"的提出预示着未来煤电机组将在更低的负荷运行,用于燃烧无烟煤、贫煤等低挥发份煤种的W火焰锅炉低负荷运行时会出现燃烧稳定性问题.以某660MW超临界W型火焰锅炉为对象开展了针对低负荷稳燃特性的研究,进行了100％、60％、55％、45％ THA工况的试验研究与数值模拟解析,35％ THA工况理论预报....     

爆炸作用驱动液体抛撒初始阶段数值仿真

 针对灭火战斗部引战配合设计,研究爆炸作用驱动液体（水基灭火剂）抛撒初始阶段的特性。依据典型灭火战斗部的结构建立数值仿真模型,采用LS-DYNA软件进行仿真计算,分别获得了加载系数（驱动装药与液体的质量比）对壳体破裂时间和壳体破裂初期液体/空气界面运动速度的影响规律,以及液体/空气界面后续的运动特性。进行了同条件下爆炸驱动水基灭火剂抛撒实验,得到了不同加载系数条件下壳体破裂初期液体/空气界面的运动速度。实验结果与数值仿真结果吻合良好,表明所采用的数值仿真方法具有正确性和有效性,对相关问题的研究具有重要参考价值。     

强爆炸早期火球现象的一维数值研究

采用一维球对称辐射流体力学方程组,构建直接求解辐射输运方程的一种数值方法,得到强爆炸早期火球发展过程中火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程.计算结果与Brode结果进行对比,二者一致,证明数值方法的合理性.数值模拟爆炸源区不同当量、不同密度以及不同爆炸高度等条件下强爆炸早期火球发展过程中火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程,对计算结果进行比较分析.     

炸药颗粒压制成型数值模拟

 分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据。建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型。模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列。利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况。结果表明：药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段。在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致。压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高。     

甲烷入口条件对紧凑型重整器燃烧管道化学反应与产热特性影响

紧凑型甲烷重整器燃烧管道由燃料气体通道、多孔层以及固体平板组成.采用三维数值模拟方法,对甲烷入口速度、温度等对催化燃烧反应以及产热特性影响进行了研究.结果显示,甲烷入口速度由2.5 m/8增大到10 m/s时,最大化学反应速率提高了20.4%,CH4利用率下降了41.2%,最大热流量提高了11.8%;温度由873 K升...     

面层混凝土对跑道内爆毁伤影响的仿真研究

 采用考虑混凝土拉伸破坏的TCK失效模型,运用AUTODYN软件对跑道内爆毁伤进行了数值模拟。研究了炸点置于面层混凝土底部时,不同装药量和不同面层混凝土厚度对爆破漏斗坑参数的影响规律。结果表明：数值模拟结果较好地反映了混凝土因拉伸损伤引起的破裂和抛掷漏斗现象。基于数值模拟得到的漏斗坑参数值,建立了漏斗坑半径、空腔半径与面层厚度的无量纲表达式,计算得到的漏斗坑参数值得到了实验验证。     

战斗部爆轰产物温度效应数值模拟

 利用BKW代码、JWL方程和LS-DYNA程序,研究了无约束、弱约束和强约束等三种战斗部约束条件下炸药爆轰产物密度随时间的变化关系,再结合爆轰产物HOM状态方程获得爆轰产物温度随时间的衰变函数。给出了战斗部爆轰产物温度的理论计算方法。研究表明,爆轰区内爆轰产物温度及其衰减速率并不均匀,战斗部炸药的约束条件对爆轰产物密度和温度有重要影响,强约束可以延缓爆轰产物密度和温度的衰减,相同情况下仅战斗部壳体厚度加倍并不会导致爆轰产物密度和温度的衰减情况同比例变化。     

柴油的抛撒成雾及燃爆特性研究

为了研究柴油、阻燃柴油、阻燃抑爆柴油的抛撒成雾及燃爆特性,使用高速摄像系统记录云雾形成过程,采用红外热成像系统记录火球演变情况。研究表明:在中心药柱爆轰驱动下,油料液滴与空气快速混合形成云雾,其尺寸随油料运动黏度的增大而减小;3种柴油形成的云雾均在二次引爆后产生火球,阻燃柴油的火球最高温度较柴油低35%,阻燃抑爆柴油较阻燃柴油低23%;阻燃柴油的火球最大直径和高度较柴油小54%、42%,阻燃抑爆柴油较阻燃柴油小46%、55%;火球持续时间,阻燃柴油较柴油短38%,阻燃抑爆柴油较阻燃柴油短47%。说明在抑制火球温度上升和尺寸增长的效果上,阻燃抑爆柴油优于阻燃柴油,阻燃柴油优于柴油。