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.     

不同湍流模型在射流推力矢量喷管数值模拟中的比较分析研究

利用数值模拟手段,分别求解以SA、SST k-ω、EASM k-ω或k-ζ湍流模型封闭的RANS方程,针对激波控制射流推力矢量喷管展开研究,在多个主喷流压比NPR(4.6,7.0,8.78,10.0)和次主流压比SPR(0.7,1.0)下,系统考察了四种不同湍流模型对射流推力矢量喷管性能参数及主喷管内壁面压力分布的预测能力,探讨了激波控制产生推力矢量随不同参数的变化规律。并基于数值分析,定量给出了二次射流所带来的主喷管性能损失。数值计算结果表明,四种湍流模型都能比较准确预测出射流推力矢量喷管的性能参数,在激波捕捉和压力预测方面,相对而言SST k-ω模型最为准确。     

脉冲水射流产生过程的流体力学特性数值模拟

为了研究脉冲水射流的流体力学特性,通过流体仿真软件Fluent15.0对两种实验工况下高压气体驱动水柱的流体力学过程进行了二维数值模拟,这两种实验工况分别是常温常压下直喷嘴圆管内0.25 MPa的高压氦气驱动和水枪中火药燃烧产生高压火药气体驱动。分别采用了SSTk-ω、Standard k-ε湍流模型与VOF模型,研究了在高压气体的驱动下水射流的流体力学特征,并对数值模拟结果与实验结果进行了比较。模拟结果表明:在采用SSTk-ω湍流模型的氦气驱动水柱的数值模拟中,气泡与射流前端速度呈单调递增变化,管内两观测点的压力先增大后减小,与实验结果有很好的一致性;在使用Standard k-ε湍流模型的火药水枪数值模拟中,模拟中水柱的速度变化与实验结果也有很好的一致性,射流在1.50ms左右达到最大然后逐渐减小。两组结果表明,所采用的数值方法在模拟高压气体驱动大体积液柱射流方面有一定的准确性。     

模型燃气轮机燃烧室三维反应流数值模拟

对一种模型燃气轮机燃烧室中的三维反应流进行了数值模拟。模型燃烧室的燃料是CH4，燃烧类型是预混燃烧。在数值模拟过程中，湍流场的计算采用了κ-ε双方程湍流模型；燃烧模型采用EBU漩涡破碎模型；在计算化学反应时采用了简单化学反应系统假设。另外在数值模拟过程中考虑了辐射问题，具体采用六通量辐射模型。通过数值模拟给出了速度、压力、温度、焓值、燃料分布、含氧量、燃烧产物、燃料空气混合比、湍流粘性系数、湍流耗散动能、以及空间3个方向的辐射热通量等变量的分布情况。对计算结果进行了分析，由分析可以验证数值模拟结果的准确性。并对模型燃烧室进行三维反应流数值模拟的工作为今后对实际燃烧室反应流的数值模拟打下了一定的基础。     

燃气轮机燃烧室热态流场三维数值模拟分析

利用商用软件FLUENT15对某重型燃气轮机燃烧室进行三维数值模拟,基于k-ε双方程湍流耗散化学反应模型,对流动、传热和种类分布等进行了讨论,并对计算结果与实验结果进行了对比分析。依据数学模型和边界条件,采用一步反应和详细反应机理,进行三维数值模拟,从而达到预测污染物CO的排放和燃烧室内的燃烧情况的目的。     

火灾流场中湍流、燃烧和浮力的相互作用

对国际标准化组织（ISO）1997年发布的火灾试验房间尺寸和火灾释热速率进行了数值研究，主要针对火位源于房间中间和里侧一个角落两种情况进行了数值模拟，在数值模拟中，燃烧反应被看成在一个大容积内进行，而不是仅在薄层的反应区，在大容积燃烧中，燃烧属于层流还是湍流取决于燃烧和空气在该位置的比例，火灾流场中浮力作用下的预混，半邓混和非预混燃烧是采用EDC模拟和κ-ε双方程湍流模型，最后通过对数值模拟结果的分析，讨论了火灾流场中湍流，燃烧和浮力的相互作用，该项工作对大尺度标准试验有实际应用价值。     

径向射流稀释特性数值模拟

对静水环境中的径向射流进行了模拟,湍流模型分别采用了Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对径向射流的中线流速沿径向的分布,将两种湍流模型的计算值与实验值进行了对比分析.结果表明,Realizablek-ε模型比较适合径向射流的数值模拟.然后利用Realizablek-ε模型对6种不同工况下静止环境中径向射流进行了数值模拟,得出了径向射流不同横截面上浓度分布、中线浓度衰减和射流浓度半宽沿程的变化等稀释特性的规律,并给出了相应的关系表达式,通过引入特征长度的概念,可使射流的无量纲中线浓度衰减和无量纲浓度半宽呈现出较强的规律性.     

有射流冲击的短扰流柱排内流场的数值模拟

采用隐式有限体积法术解三维Navier-Stokes雷诺时均湍流方程，对涡轮叶片尾缘区内有射流冲击的短扰流柱排通道内流场进行了数值模拟。湍流模型采用RNG k-ε双方程模型，近壁处湍流利用双层非平衡壁面函数法处理，采用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合。数值计算详细的揭示了有射流冲击的短扰流柱排内的流动发展过程以及射流冲击对流场分布和压力分布的影响，并与实验结果进行了对比研究，计算结果和实验数据符合较好。     

四角切圆燃烧锅炉底层燃烧器区域流场数值模拟

基于控制容积法,采用RNGκ-ε湍流模型对某600 MW四角切圆燃烧锅炉的底层燃烧器区域流场进行了数值模拟.通过比较和分析不同射流速度的流场发现:射流速度影响实际切圆直径和动态旋转切圆气流的旋转流动速度;射流末段上游区域和动态旋转切圆中心均存在回流,这将有利于烟气与一次风的混合.     

射流泵内流场的大涡模拟

阐述了二维弱可压缩流体流动控制方程和大涡模拟湍流模型.基于该模型对射流泵各种运行工况进行了一系列数值模拟计算.计算中模拟了异常边界条件下射流泵的流场特性,重点模拟喷嘴出口回流旋涡并给出了可视化描述.对不同计算网格数和大涡模拟系数对计算结果的影响也作了论述.提出的网格生成和数值模拟方法具有较高的效率,计算结果可靠.     

窑内多通道喷煤燃烧器的旋转射流场的数值模拟

以气流湍流运动的偏微分方程组为基础,数值模拟研究了多通道喷煤旋流燃烧器在回转窑内形成的湍流场,由于采用ｋ－ε以方向湍流模型模拟旋转湍流场尚存在不足,本文通过对湍流耗散率方程修正的方法,开发出了能预测多通道喷煤顺旋转射流湍流场的数值模拟软件,其预测结果与热线实测值吻合较好。     

不同入射角横向紊动射流流场的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型和标准k-ε对射流出射角度α=25°、35°、45°的横向紊动射流流场进行了数值模拟,结合SIMPLEC算法求解了适体坐标系下的控制方程,近壁区流动采用两层模型的壁面函数法处理,结果给出了射流与主气流速度比M为4、6和8时的速度场和湍动能。结果表明:M和α值是影响横向紊动射流的重要因素,M值增加,射流对主流场影响区域增加,α值变化,射流对主流场上游影响区域较大;并且通过与实验数值的比较,发现RNGk-ε模型对横向紊动射流流场的预测能力比标准k-ε模型有所改进。     

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     

小型汽油机工作过程的数值模拟

为了研究液化石油气(LPG)发动机的燃烧特征及其影响因素,预测LPG发动机性能,分别对GY6汽油发动机和LPG发动机进行了数值模拟,通过实验分别测取了燃油和燃气的示功图,将实验结果与模拟计算结果进行对比,验证模型的可靠性.模拟计算是在分析火花点火发动机缸内湍流特性基础上,建立了发动机燃烧计算的双区模型,分别用汽油和LPG对GY6汽油机的工作过程进行了模拟,通过建立物性参数模型、传热模型、湍流卷吸燃烧模型、燃烧室几何尺寸计算模型等相应的子模型,实现了燃烧过程的计算;同时结合实验数据进行验证,实验表明计算结果合理,在小型汽油机性能预测研究中建立的准维湍流卷吸燃烧模型是可行的.     

双蓄热式环形炉内流动与传热过程的数值模拟

为了描述双蓄热式环形加热炉在特殊结构下流动、传热和燃烧过程的特性，建立了非对称双蓄热式环形实验炉内流动、传热和燃烧过程的数学模型.湍流模型采用标准κ-ε双方程模型，燃烧模型采用平衡混合分数（PDF）模型，辐射传热模型采用离散坐标(DO)辐射模型.利用数值仿真软件进行了模拟计算，结果表明，炉膛内温度均匀性较好，一氧化碳的燃烧完全，二氧化碳的浓度在炉内分布均匀.     

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。     

基于OpenFOAM的正十二烷喷雾燃烧数值模拟

为了深入理解喷雾射流的燃烧特性,基于OpenFOAM平台,采用有限速率PaSR燃烧模型和详细化学反应动力学相结合的方法,对ECN(engine combustion network)Spray A(正十二烷喷雾燃烧)无反应和有反应2种情况进行数值计算.无反应情况下验证了该喷雾模型的适用性和精确性,发现预测的液体和蒸气穿...     

二维湍流扩散火焰的计算机模拟

在二维直角坐标系下,开发了包括湍流流动的K—ε双方程模型、燃烧反应的混合分数f和湍流燃烧浓度波动g方程的湍流燃烧扩散火焰的K—ε—g数学模型。用该模型模拟计算了给定条件的燃烧过程。在不考虑辐射作用条件下,给出了燃烧过程气体的速度场、温度场和浓度场的分布,并且得到了燃烧火焰的形状。     

基于RANS、LES和HRL方法的YJ280液力变矩器的数值模拟

为了提高液力变矩器的CFD计算精度,采用不同湍流模型对液力变矩器的内流场进行了数值模拟,并从内流场流动细节的捕捉精度和外特性的预测精度两方面对液力变矩器的性能进行了对比分析.结果显示:在内流场流动结构捕捉精度方面, 5种湍流模型中的LES - KET模型捕捉涡结构的能力最强; 5种湍流模型均可实现对液力变矩器外特性的准确预测,其中RANS中的SST k - ω模型的预测精度最高.该研究结果可为正确选择湍流模型进行液力变矩器的外特性和内流场的高精度预测提供参考.     

基于大涡模型水轮机压力脉动的数值预测

基于N-S方程和大涡湍流模拟(LES)模型，采用贴体坐标和四面体网格系统，对控制方程进行变换和离散，并用SIMPLE算法求解，对混流式水轮机全流道内的三维非定常湍流进行了数值模拟，并对水轮机尾水管内的涡带压力脉动进行了数值预测。