侧开缝竖井内多池火融合燃烧特性

为深入掌握有侧开缝的竖井内多个彼此临近池火融合燃烧特性,在2 m高试验竖井内分别对2,3和4个正庚烷池火形成的融合火焰进行了试验。通过对不同数量的多池火在各典型摆放方式时受池间距和竖井侧开缝宽度的影响分析,以及与相同多池火在没有竖井结构约束时的自由燃烧进行了试验。结果表明:有侧开缝的竖井所形成的独特引射空气来流改变了多池火之间火焰融合形态以及对燃料液面热反馈,形成的融合旋转火焰强化了液体燃料的燃烧效率并提升了融合火焰高度;竖井结构一定时,各池液面均匀接收融合火焰热量反馈的油池摆放方式更有利于形成相对强烈的融合旋转火焰,且油池数量的增加强化融合旋转火焰的生成能力;融合旋转火焰参数受油池的数量、相对位置以及竖井侧开缝宽度耦合影响,适宜的竖井侧开缝宽度以及能使各池液面均匀接收融合火焰热量反馈的摆放方式可使燃烧效率提高近3.7倍,峰值火焰高度提升30%以上。另外,基于浮力池火叠加环量的思想,推导并拟合得到了竖井内典型形式多池火融合旋转火焰燃烧速率与火焰高度理论模型。     

Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证

对于Ti6Al4V材料的激光选区熔化（SLM）成形工艺,基于离散元方法（DEM）建立粉末颗粒随机分布的三维介观模型.采用流体体积法（VOF）对SLM成形过程的三维自由表面进行动态追踪;考虑TC4颗粒随机分布的粉床、随温度呈非线性变化的热物性参数、熔池自由液面演化、由温度梯度引起的表面张力以及蒸发作用;通过数值模拟研究激光与粉末颗粒相互作用过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程. 结果表明,由温度梯度及表面张力梯度产生的马兰戈尼对流是影响熔池内部传热传质和熔池三维形貌的主要因素;线能量密度（LED）与马兰戈尼对流的强度呈正相关,当LED=92.9~183.0 J/m时,单道表面质量较优. 通过单道成形实验对熔池与熔道的三维尺寸与形貌进行观察分析,有效验证了数值模拟的正确性.     

船用直喷式柴油机燃油蒸发、燃烧模型

为了更好地预测船用柴油机的性能，改进了包括燃油蒸发和燃烧过程的准维多区燃烧模型，该模型采用数值模拟计算方法，考虑了缸内工质的对流辐射换热，用正十六烷和α－甲基萘按适当比例混合来模拟燃油，在空气卷吸计算中考虑了燃油碰壁和着火对空气卷吸的影响，经实验验证，本模型理论计算与实测结果吻合良好，表明本模型对柴油机工作过程的模拟是正确的，应用本模型可以方便地预测发动机的性能。     

应用隔板抑制液体火箭发动机不稳定燃烧的数值模拟

对液体火箭发动机燃烧室内有隔板和无隔板两种情况进行了燃烧不稳定性数值模拟。气相控制方程组在欧拉坐标系下描述，对方程组用预测校正步差分格式求解；液相控制方程组在拉格朗日坐标系下描述，液相蒸发规律用高压蒸发模型来计算。湍流模型采用ｋ－ε双方程模型，湍流燃烧模型采用ＥＢＵ模型。在计算出有隔板和无隔板的燃烧室内热态解稳态参数值后，通过加入初始扰动来模拟爆炸弹对燃烧稳定性的评定试验，比较了燃烧室头部有隔板和     

液氢和液氮绕水翼空化流动特性分析

为分析液氢和液氮两种低温流体介质的空化特性,通过对CFX软件二次开发,将Schnerr-Sauer空化模型和液氮、液氢随温度变化的物性参数嵌入到CFX求解代码中,同时耦合求解考虑汽化潜热影响的能量方程,从而在考虑热力学效应条件下,开展了液氢和液氮绕水翼空化流动的三维数值模拟研究,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了数值方法的有效性.计算结果表明,热力学效应对液氢空化区域压力和温度参数变化影响更显著,在液氮空化核心区域内液相体积分数比液氢中的更小,在空泡尾部闭合区域从汽相向液相转化迅速.汽-液两相间质量传输特性可作为评估空化区域内温度、压力以及相体积分数分布的有效依据.     

循环单井井管-井孔-含水层传热模型

为了研究循环单井复杂的传热特性,依据能量守恒建立了循环单井井管-井孔-含水层耦合传热模型.并将井管壁和井孔壁的换热包含于控制方程中,便于含水层、井孔、井管温度场的整场求解;在含水层传热中,考虑了热弥散的影响.然后,对循环单井现场试验进行了数值模拟,模拟过程显示出模型的输出对含水层渗透系数和热弥散度最为敏感,尤其是热弥散度,有无热弥散效应对模型的输出影响重大,应在模型中考虑热弥散效应.模拟结果表明,抽水温度的模拟值与实测值吻合良好,误差在10%以内,也表明建立的循环单井井管-井孔-含水层传热模型是正确的,能够用于实际.     

基于物理信息神经网络的燃烧化学微分方程求解

为了有效地将湍流燃烧复杂的物理化学信息嵌入到物理信息神经网络（PINNs），选取湍流燃烧模拟中的2个典型场景案例，即刚性常微分方程ROBER问题及稳态射流火焰混合分数方程求解，探索PINNs在燃烧化学微分方程计算中的应用潜力. 结果表明，对于零维刚性反应系统，利用PINNs模型可以较好地捕捉到系统的演化过程；对于稳态射流火焰，PINNs的预测解与传统的数值解有较好的一致性. 残差点的选取对于燃烧化学领域内的复杂微分方程求解尤为重要，应基于具体的构型详细考虑.     

建筑物下爆破震动放大效应的数值模拟

以某隧道爆破施工为背景,运用有限元程序分析了爆破震动高程放大系数K′与爆心距R的水平投影S比值(R/S)的变化特征,由此确定了考虑高程放大效应的爆破震动衰减规律.数值模拟的计算结果指导和优化了爆破施工,现场实测也表明,数值模拟的误差在工程允许的范围内,有助于城市复杂环境下爆破震动效应的预测以及爆破震动放大效应的理论研究.     

天然气掺氢燃烧技术在旋流式燃气灶上的数值模拟研究

为研究天然气掺氢后在家用燃气灶上的燃烧特性变化，将天然气掺氢燃烧技术应用于家用旋流式燃气灶上，进行数值模拟和热态实验。首先对详细燃烧机理GRI-Mech 3.0进行了简化，通过对比验证，简化机理与详细机理的计算误差小于1%。然后使用简化机理进行燃气灶的数值模拟，将数值模拟与热态实验计算结果进行对比分析，发现燃烧区域平均温度的最大误差不超过12%，证实了数值模拟的可行性。最后进行了天然气掺氢工况的数值模拟，结果表明家用燃气灶的一次空气系数随着掺氢体积分数的提高逐渐上升，对燃烧特性影响较大。同时，掺入体积分数15%的氢气后，CO排放的摩尔分数降低了约9%；燃烧区域平均温度基本保持稳定，证实了天然气掺氢技术的有效性。研究成果为天然气掺氢燃烧技术在燃气灶上的推广应用提供参考。     

超紧凑燃烧室的超重力旋转流动特性

航空燃气轮机超紧凑燃烧室所产生的超重力旋转流能极大强化传热传质和燃烧化学反应速率,而超重力旋转流特性对强化热质传递过程和燃烧稳定性有重要影响。以试验室UCC燃烧室的设计模型为研究对象,用Realizable k-ε湍流模型模拟高速旋转湍流。改变周向布置的二次空气射流条件,采用数值仿真研究了超紧凑型燃烧室旋转流动的流速分布、超重力效应、湍流动能局部突变效应、轴向加速效应、和速度径向迁移效应等气动性能和雾化燃油颗粒行为。二次射流对UCC凹腔内涡轮间通道内的气动性能影响较大,但不在同工况下有各自的相似性。二次射流对涡轮间径向速度影响不大。燃油液雾散布具有环带形的斜向高斯分布特性。研究结果与相关试验有相同规律,对UCC燃烧室的设计分析和应用有参考价值。     

微孔推进剂稳态对流燃烧模型

目的发展一种与微孔参数相关的微孔推进剂（ＭＰＰ）的稳态对流燃烧物理和数学模型。方法分别用ＷＸＴ－８８型图像分析仪和大容量密闭爆发器测定微孔参数和对流燃烧特性。结果＊提出了包括微孔和颗粒燃烧的统计物理模型;获得了稳态对流燃速方程：＊结论这个模型首次将对流燃速与微孔参数相关联,计算的对流燃速值与试验结果较好地吻合。＊该模型还可预估微孔参数、基础质量燃速、ＭＰＰ密度及燃烧室压力对ＭＰＰ燃烧特性的影响。     

高炉风口回旋区煤粉燃烧过程三维数值模拟

为更好地了解回旋区内气体、煤粉的各种经历效应，本文基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化的方程，建立了高炉风口回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型。将所建模型分别对冷态模型内气粒两相流动和某企业750m^3高炉风口回旋区内的气固两相三维流动和煤粉燃烧进行了数值模拟，并采用PDA对冷态模型内气粒两相流场进行了测量，结果表明，实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致，平均相对误差为11．6％；热态模拟的模拟结果与国外实验测量结果较吻合，平均相对误差约为15．8％。该模型能够较准确地预测风口回旋区内的燃烧情况，可以减少高炉操作费用，正确指导生产实践。     

不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。     

Geometric effects of fuel regression rate in hybrid rocket motors

The geometric configuration of the solid fuel is a key parameter affecting the fuel regression rate in hybrid rocket motors. In this paper, a semi-empirical regression rate model is developed to investigate the geometric effect on the fuel regression rate by incorporating the hydraulic diameter into the classical model. The semi-empirical model indicates that the fuel regression rate decreases with increasing hydraulic diameter and is proportional to dh?0.2 when convective heat transfer is dominant. Then a numerical model considering turbulence, combustion, solid fuel pyrolysis, and a solid–gas coupling model is established to further investigate the geometric effect. Eight motors with different solid fuel grains are simulated, and four methods of scaling the regression rate between different solid fuel grains are compared. The results indicate that the solid fuel regression rates are approximate the same when the hydraulic diameters are equal. The numerical results verify the accuracy of the semi-empirical model.     

二甲醚柴油缸内温度场数值模拟研究

在K IVA源程序中向燃料库添加液态DME的各种物性参数数据模块,建立二甲醚燃料库,针对二甲醚燃料建立油束模型和燃烧模型,并把这些数学模型耦合入K IVA后形成子程序,并建立二甲醚燃烧数值仿真计算平台.利用建立的平台计算二甲醚柴油缸内燃烧温度场.得出:仿真结果与试验结果相同,所建立的二甲醚燃烧过程数值模拟平台是有一定的实用性.研究结果表明:燃用二甲醚的发动机相对于燃用柴油的发动机的燃烧时刻相对提前,对应不同时刻的二甲醚发动机缸内最高温度均小于柴油发动机,且高温分布范围较小,这将抑制NOx的生成.     

重力条件下绕汽柱 Marangoni 对流的研究

针对在沸腾现象中出现的汽柱现象，抽象出单个汽柱，建立了绕汽柱Marangoni对流的物理模型和数学模型。采用涡量-流函数法，并利用有限差分法数值模拟了常重力条件下绕汽柱Marangoni对流，得到汽柱附近液体区域的温度场和流场分布，并进一步分析了恒温壁面处的换热规律。结果表明：在常重力场中，一定条件下的Marangoni对流对流动和传热的影响不容忽视，当浮力对流与Marangoni对流同向时，二者的相互促进使流动较微重力场显著增强，从而导致恒温壁面处的换热增强；当二者反向时，二者的共同作用使流动削弱，恒温壁面处的换热也相应被减弱。     

直喷汽油机燃料与空气混合过程的大涡模拟

为了更为详实地对内燃机缸内流场进行数值计算,通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA 3V,建立了内燃机缸内冷态流场的大涡模拟（LES）计算模型.利用此模型对直喷汽油机燃料与空气的混合过程进行了详细分析,并与k-ε模型进行了比较.比较结果表明,在喷油过程中,与采用k-ε模型计算相比,采用LES计算时油束燃油质量分数更为均匀;喷油结束后,与采用k-ε模型计算相比,采用LES计算时缸内流场显示了更为复杂的湍流结构,除了能得到有序的大尺度涡团结构外,还能捕捉到大量不规则的小涡团结构,同时油束形状也更为扭曲、拉伸及不规则化.     

常见可燃物燃烧特性实验与数值模拟研究

基于室内常见可燃物的实际火灾危险性研究的重要性，利用锥形量热计对室内常见木材、聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料在50kW／m^2辐射能量条件下的点燃性能、热释放性能、烟气毒性及烟气的减光性进行了实验研究．使用火灾区域模拟软件CFAST对单个房间内这几种可燃物的实际火灾危险性进行了对比分析，结果表明：PVC和PMMA的点燃时间低于木材，而其平均热释放速率、最大热释放速率、总释放热量、平均有效燃烧热、平均质量损失速率、平均比消光面积等指标均高于木材；PVC具有较高的减光性和CO生成率．PVC和PMMA的综合火灾危险性高于木材，而PMMA的综合危险性远高于其他几种可燃物。