湍流扩散火焰中对基于混合分数的湍流燃烧模型的数值研究

根据条件矩模型(CMC)和小火焰面模型在模型构建上的相似,针对具有不同大小雷诺数和湍流-化学相互作用特性的非预混湍流射流火焰,对这两种模型进行了数值研究和比较.湍流燃烧模型采用Lagrangian型非稳态小火焰模型(LFM)和径向加权积分的CMC模型,而在H2/N2火焰的数值研究中还考虑了稳态小火焰模型的数值模拟结果....     

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.     

不同扩散效应下一维湍流模拟氢气-空气射流的扩散火焰

应用一维湍流模型（ODT）来研究湍流射流氢气．空气扩散火焰,研究过程中采用详细化学反应机理和多分量输运属性．对于火焰长度、主要燃烧产物及温度的预测较好地符合了实验结果．ODT模拟结果产生了较高的近场扰动．提出了一种旨在通过修改涡事件选择过程从而提高ODT模型精度的新观点．在模拟中检验了微分扩散效应,结果显示当前火焰中存在着显著不同的扩散效应．     

细水雾抑制气体扩散火焰的机理研究

应用三维LDV／APV系统和热成像方法,测量了细水雾和气体扩散火焰作用过程中的细水雾雾场、火焰温度场并研究了细水雾和气体扩散火焰的作用过程．探索了细水雾抑制火焰的机理和规律,比较了细水雾抑制气体扩散火焰时3种主要灭火机理,用数据定量表征了细水雾灭火时,水雾的蒸发潜热吸热作用、热容吸热作用以及稀释氧气作用对抑制气体扩散火焰所做的贡献,细水雾直接喷射或被卷吸进入火焰内部时,由于表面积大,吸收热量快,迅速汽化,体积扩大。大量的汽化潜热会降低火焰区及气相燃料的温度,细水雾及其蒸汽吸收部分热辐射,降低对燃料的热回馈,减少其汽化蒸发,从而降低反应区的可燃气体积分量。这些因素都会大大降低化学反应速度,抑制火灾的发展,直至扑灭火灾。     

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.     

基于一维全尺度湍流模型的氢气射流扩散火焰结构数值模拟

基于Kolmogorov涡旋理论,建立了随机涡旋特征时空尺度及发生频率分布数理模型,在求解动量、组分和能量层流边界层方程的同时,对随机涡旋进行物理概率意义上的模拟．化学反应采用23步氢气氧化详细机理．控制方程组数值求解时,时间积分采用Williamson发展的三阶精度、全显式、低存储Runge-Kutta法,空间离散采用类谱高精度Padé紧致差分格式．结果表明,高精度数值离散格式能更好表达湍流小尺度的时空结构．运用一维全尺度湍流模型对氢气湍流射流扩散火焰结构进行计算研究,模拟结果充分展示了湍流涡旋串级现象,表明湍流涡旋对标量混合具有重要影响,涡旋增强了燃料和氧化剂之间的湍流输运,强化了混合,从而大大影响湍流燃烧速率．     

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.     

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。     

湍流扩散火焰细微结构特性分析

利用光学显微技术和计算机图象处理技术 ,在实验基础上 ,对湍流扩散火焰的细微结构进行分析和研究 ,从经典几何和分形几何两个不同角度对湍流扩散火焰细微结构曲线的特性进行定性描述 ,分析火焰细微结构曲线的两个特性参数——曲线度和分形维数与火焰热辐射强度的关系。     

旋流非预混火焰长度的实验研究与理论预测

在旋流非预混燃烧条件下,测量了变燃料量和变燃烧室压力工况下的火焰长度。采用基于直喷射流火焰建立的Fr模型、Fr_f模型及无量纲热释放率Q~*模型对火焰长度进行预测,将预测结果进行旋流修正后与实验结果进行比较。结果表明:随着燃料量的增大,火焰长度增大,这是由于形成火焰表面所需的空气卷吸增强所致;而随着压力的增大,火焰长度减小。3个模型的旋流修正结果均准确地预测了火焰长度的变化趋势,其预测值均高于实验值,预测值分别是实验值的1.2倍、1.7倍及1.3倍。基于3种模型,将实验数据进行拟合,得到新的关联式,提出了一种基于雷诺数的计算方法。     

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。     

障碍物管道中湍流火焰发展的数值模拟

应用湍流马赫数修正的非稳态可压缩性K－ε-f-gr四方程湍流模型,模拟了半开口狭长管道中重复布置的障碍物引起的湍流火焰加速现象。结果表明,障碍物产生的扰动对加强燃烧和湍流输运的影响很大。随着火焰向前传播,火焰穿过障碍物时发生变形,反应区越来越长,且火焰速度逐渐上升。同时,火焰速度和管内压力的计算结果与实验测量值吻合良好,修正后的湍流模型能较真实地模拟障碍物管内预混火焰的发展过程。     

Assessment of closure schemes in second-order conditional moment closure against DNS with extinction and ignition

The performance of second-order conditional moment closure (CMC) depends on models to evaluate conditional variances and covariances of temperature and species mass fractions. In this paper the closure schemes based on the steady laminar flamelet model (SLFM) are validated against direct numerical simulation (DNS) involving extinction and ignition. Scaling is performed to reproduce proper absolute magnitudes, irrespective of the origin of mismatch between local flamelet structures and scalar dissipation rates. DNS based on the pseudospectral method is carried out to study hydrogen-air combustion with a detailed kinetic mechanism, in homogeneous, isotropic, and decaying turbulent media. Lewis numbers are set equal to unity to avoid complication of differential diffusion. The SLFM-based closures for correlations among fluctuations of reaction rate, scalar dissipation rate, and species mass fractions show good comparison with DNS. The variance parameter in lognormal PDF and the constants in the dissipation term have been estimated from DNS results. Comparison is made for the resulting conditional profiles from DNS, first-order CMC, and second-order CMC with correction to the most critical reaction step according to sensitivity analysis. Overall good agreement ensures validity of the SLFM-based closures for modeling conditional variances and covariances in second-order CMC.