基于二阶矩封闭湍流模型的非预混湍流火焰的数值模拟

应用二阶矩封闭湍流模型进行了湍流非预混钝体稳定火焰数值模拟的研究.应用LRR-IP模型,JM模型,SSG模型以及两个修正后的LRR-IP模型等二阶矩封闭湍流模型,进行了钝体稳定火焰数值模拟的研究.对于复杂的钝体稳定火焰,一些模型无法给出令人满意的结果,而且不同模型的结果差异很大.在研究中,湍流燃烧模型采用了化学平衡模型和假设PDF模型.研究结果表明,对于钝体稳定火焰,SSG模型以及两个修正后的LRR-IP模型要优于其他几个二阶矩封闭湍流模型.     

针对射流火焰的条件矩封闭模型研究

针对较低Reynolds数下的射流火焰,使用直接数值模拟(DNS)数据,研究单条件矩和双条件矩封闭模型应用于此类火焰计算的特点和可行性.结果表明,单条件矩封闭模型在较小标量耗散率下能够较好地预测火焰结构,但在较大标量耗散率下则过高估计了火焰温度.双条件矩封闭模型可以改善预测精度,其模型系数α0、β0和γ0具有稳态特点.     

采用考虑详细化学反应机理的火焰面模型模拟湍流扩散火焰

采用详细的甲烷氧化化学反应动力学机理(GRI-Mech3．0)对不同拉伸率条件下的拉伸层流扩散火焰面结构进行了数值计算，建立了一个包含一系列拉伸层流火焰面结构的火焰面数据库．将这些层流火焰面结构和美国Sandia国家实验室测得的湍流扩散火焰(FlameD)的平均火焰结构进行了对比，发现层流火焰面所覆盖的范围基本包含了所考虑的湍流火焰中不同位置的平均火焰结构，这表明火焰面模型是合理的．然后，采用火焰面模型对该湍流扩散火焰进行了数值模拟并和实验数据进行了比较，考察了火焰面模型的精确程度和模拟深度.     

PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟

采用PaSR湍流燃烧模型对湍流燃烧研究中典型的甲烷湍流射流火焰进行了数值模拟.计算采用简化的化学反应机理,并将计算得到的平均温度场、速度场和各组分的分布与相应的权威实验数据进行了对比.对反应系统中流动和燃烧的不同时间尺度以及二者之间的关系作了探讨.计算结果表明,PaSR模型能够很好地模拟燃烧过程中流场和组分的变化.在火...     

湍流氢气扩散火焰中磷酸三甲酯的抑制效果

基于湍流氢气-空气扩散火焰,对磷酸三甲酯(TMP,(CH3O) 3PO)的火焰抑制效果进行了数值研究,使用一阶条件矩封闭模型作为湍流燃烧子模型.为了研究氢原子浓度减小的机理,对其相关的重要基元反应进行了分析.最后根据所获得的数值结果及火焰燃烧结构和抑制效果,对TMP的灭火特性进行了详细的讨论分析.     

湍流预混对冲火焰结构及熄火特性试验研究

利用激光层析技术和数字图像处理技术对对冲方式下湍流预混火焰的结构及熄火特性进行了试验研究。采用PIV方法测量了冷态对冲面附近的速度场,获得了速度作为衡量流场对锋面燃烧影响的参数。在不同射流工况配置下（Reynolds数,全局应变率,燃料的化学混合当量,不对称动量）,观察到随着湍流对冲强度的提高,在高度皱褶的火焰锋面上存在非连续突触和空洞,这是局部熄火的表现,这些局部熄火点影响的扩展会导致火焰的整体熄火。此观点通过局部火焰锋面曲率的概率统计分析得到支持。另外,获得的在火焰熄火的极限条件下,对实际燃烧器的设计有指导意义。     

受浮力作用的湍流扩散火焰的数值模拟

应用浮力修正的k-ε模型和EDC湍流燃烧模型对旋流燃烧室内具有较低燃料/空气初始动量的甲烷湍流扩散火焰进行了数值模拟，得到了两组工况下的气体时均速度场、温度场、组分浓度场和湍流脉动速度均方根值分布等．并与实验数据进行了比较，二者基本相符．同时，还将计算结果与标准k-ε模型的模拟结果进行了对比，揭示了浮力对具有较低初始动量的湍流扩散火焰的影响．     

一维湍流预混火焰的数值模拟

建立湍流燃烧的“双流体”数学模型,用于一维湍流预混稳态火焰的描述,假定燃烧火焰由冷的反应物（预混气体）和热的生成物（燃烧产物）组成,它们既有各自的属性,又相互作用,进行热量,质量和动量的交换,采用Patankar和Spalding的Phoenics计算程序来求解该数学模型,成功地模拟了一维湍流参混火焰的压力场,密度场,速度场。     

湍流预混燃烧的小火焰模型

由Level set方法确定湍流预混燃烧火焰面的位置,考虑CHEMKIN库详细化学反应机理,通过PDF方法建立湍流预混燃烧数学模型,计算组分浓度和温度在火焰内部分布。以矩形突扩燃烧室为例,模拟甲烷/空气预混燃烧的平均火焰位置和火焰内部温度、浓度分布,计算结果与实验结果吻合良好,表明此模型能较好模拟湍流预混燃烧。     

有辐射热损射流扩散火焰条件矩模型数值模拟

假设火焰辐射区域为光学薄,将辐射计算的代数模型嵌入到条件矩模型中（CMC（rad））,对甲烷－空气射流扩散值班火焰进行了模拟。并将此模型的模拟结果分别与实验和未考虑辐射热损的条件矩模型（CMC（ad））的结果进行了比较。结果表明采用代数模型计算辐射热损失是合适的,且考虑辐射的条件矩模型对温度场和NO的浓度的模拟结果相比未考虑辐射热损条件矩模型的模拟结果,与实验结果符合得要好。     

甲烷/空气湍流扩散燃烧的小火焰模拟

以甲烷/空气的湍流射流扩散燃烧为基础,对通用的反应标量方程在火焰面上进行坐标变换,建立二维稳态湍流扩散火焰的小火焰模型。利用湍流流动模型、甲烷/空气半详细化学反应机理和小火焰模型耦合求解,分别计算出过量空气系数为1.2和1.4的速度在燃烧室内的分布状况以及混合分数、温度和组分的径向分布,模拟结果表明小火焰模型能够用来描述燃烧室内燃烧机理。     

微尺度甲烷扩散火焰特性的数值解析

以均匀空气流中圆管形成的甲烷扩散火焰为对象，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／空气一步总括反应，喷管壁面绝热．在Re一定的情况下，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．计算结果表明，Re=12条件下，喷口直径为0．07mm时达到熄灭极限；稳定燃烧区的最小总放热率约为0．5W；微尺度条件下，Da对火焰结构和火焰熄灭有显著影响，熄火附近的Da的数量级在0．01．     

稳态湍流非预混燃烧的小火焰模拟

以甲烷/空气的湍流射流非预混燃烧为对象,建立二维稳态湍流非预混火焰的小火焰模型.利用湍流流动模型和小火焰模型耦合求解,计算出速度、混合分数、温度以及反应标量的摩尔分数在燃烧室内的分布,模拟结果表明小火焰模型能够用来描述燃烧室内燃烧机理.     

Investigation of detailed kinetic scheme performance on modelling of turbulent non-premixed sooting flames

This paper presents the results of an application of a first-order conditional moment closure (CMC) approach coupled with a semi-empirical soot model to investigate the effect of various detailed combustion chemistry schemes on soot formation and destruction in turbulent non-premixed flames.A two-equation soot model representing soot particle nucleation,growth,coagulation and oxidation,was incorporated into the CMC model.The turbulent flow-field of both flames is described using the Favre-averaged fluid-flow equations,applying a standard k-ε turbulence model.A number of five reaction kinetic mechanisms having 50-100 species and 200-1000 elementary reactions called ABF,Miller-Bowman,GRI-Mech3.0,Warnatz,and Qin were employed to study the effect of combustion chemistry schemes on soot predictions.The results showed that of various kinetic schemes being studied,each yields similar accuracy in temperature prediction when compared with experimental data.With respect to soot prediction,the kinetic scheme containing benzene elementary reactions tends to result in a better prediction on soot concentrations in comparison to those contain no benzene elementary reactions.Among five kinetic mechanisms being studied,the Qin combustion scheme mechanism turned to yield the best prediction on both flame temperature and soot levels.     

钝体燃烧器湍流预混燃烧的数值模拟

采用湍流火焰封闭燃烧模型(TFC)模拟了钝体燃烧器的湍流预混燃烧,比较了基于火焰褶皱率和湍流燃烧速度2种源项解法对钝体预混燃烧的预测,对3个不同湍流燃烧速度表达式模拟的性能进行了比较,采用粒子成像测速技术(PIV)测量了燃烧器中心射流出口的速度分布,并将其作为边界条件代入计算.结果表明:不同湍流燃烧速度公式的计算结果在火焰刷厚度、位置及火焰前锋位置方面存在较大差别;Gulder公式的计算结果最接近试验数据,火焰刷厚度与试验结果吻合较好,但火焰刷位置与试验结果差别较大;Dinkelacker的火焰褶皱率模型主要模拟燃烧器在高压条件下的燃烧,在运行压力接近标准大气压的情况下,计算结果与试验值存在较大误差.     

预混合燃烧现象学紊流火焰速度模型

提出了一个用于预混合燃烧的现象学紊流火焰速度模型,描述了火焰从层流传播到充分发展的紊流传播的全过程。基于火焰瞬时尺度和基本的紊流特性参数,按照火焰生长的各个阶段,将紊流火焰速度的计算分为３个步骤,以有效紊流强度显示从层流传播到紊流传播的转化,以紊流积分标尺和梅尔莫哥洛夫标尺作为火焰皱折程度的度量,考虑了火焰表面扭曲对火焰速度的作用。计算结果与测量数据的比较显示了较好的一致性。