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。     

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。     

柴油/空气湍流扩散燃烧的一个小火焰模型

本文将小火焰（flamelet）理论应用于分析柴油/空气湍流扩散燃烧的小火焰结构,以正十二烷同空气的一步反应为基础,建立柴油机燃烧的Flamelet模型,利用数值方法求出了柴油机湍流扩散燃烧的Flamelet结构.并采用假定PDF的方法,选取截尾式高斯分布的概率密度分布函数,将其与Flamelet结构相结合,求得燃烧过程中各参数的时均值,分析得出湍流脉动和非平衡作用对燃烧过程的影响.     

预混湍流燃烧的实验研究

介绍并分析了甲烷－空气混合气在定容燃烧弹内进行火花点火预混湍流燃烧的实验结果,得到了火核的初期发展,湍流参数对燃烧特性的影响以及不同电极间隙下的失火炫等具有实用参考价值的重要结论。     

层流小火焰模型在柴油机湍流燃烧中的应用

将湍流燃烧的层流小火焰模型应用于典型的柴油机扩散燃烧过程.以混合分数为自变量,以标量耗散率为参数,建立相空间中的层流小火焰数据库.应用KIVA-3程序模拟内燃机缸内多维湍流流场,并补充求解混合分数的时均值和脉动均方值的湍流输运方程.将两部分结果通过Beta概率密度函数进行耦合积分,便可得到组分质量分数和温度等参数在柴油机工作过程中的时间、空间分布.对一台直喷式柴油机的湍流燃烧过程进行了模拟计算,所得结果符合实际.     

钝体燃烧器湍流预混燃烧流动特性的模拟

钝体燃烧器的回流区结构对燃烧具有重要影响,采用经济有效的数学模型对回流区结构进行模拟具有理论价值和实际意义。采用PIV技术测量了一个典型的钝体燃烧器的热态流场,并基于Fluent平台使用3种湍流燃烧速度定义对TFC模型进行求解,分析比较了Zimont、Gulder、Peters和实验得到的流场特性。结果发现Peters的流动特性与实验结果最为接近,都属于射流主导型结构,Peters的进展变量与Zimont和Gulder有明显不同。     

预混湍流燃烧基础研究的现状和动向

综述了国际上开展预混湍流燃烧基础研究的现状和动向,介绍了几种不同湍流产生方式的定容燃烧弹装置,对进行这方面研究的主要实验方法和手段进行了概括、分析,并介绍了一些值得关注的研究动向     

基于小火焰生成流型模型的喷雾燃烧数值计算

基于Open FOAM开发了小火焰生成流型模型,并针对ECN(enginecombustionnetwork)SprayH(正庚烷喷雾燃烧)进行了数值模拟,研究了该模型对喷雾燃烧数值模拟的适用性.结果表明,该模型能够很好地捕捉着火延迟等特征参数.同时对比了基于OH质量分数和温升两种火焰浮起长度定义,结果显示前者对取值更不敏感,且能与实验更好地吻合.此外,深入分析了着火位置和燃烧发展历程,结果表明,在氧体积分数8%和12%工况,着火点的当量比均在0.8左右.对于氧体积分数15%工况,反应进度变量集中生成的区域对应于温度峰值,燃烧最迅速区域的当量比略大于1.     

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。     

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.     

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.     

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....     

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。     

湍流射流火焰抬举高度的实验研究

湍流射流燃烧作为工业燃烧室中普遍存在的燃烧方式,研究湍流射流火焰不仅能促进实际燃烧室的设计改造,更能增强对湍流燃烧理论的理解。在轴对称伴流射流燃烧器实验平台上,研究了湍流自由射流火焰抬举高度随射流速度的变化及氮气稀释和伴流速度对火焰抬举高度的影响。实验结果表明湍流自由射流燃烧火焰抬举高度随射流速度呈线性增长;随氮气稀释摩尔分数的增加其抬举高度的线性斜率增大,射流火焰吹出喷嘴的雷诺数降低,火焰更易发生抬举;同时,氮气稀释摩尔分数的增加也导致射流火焰发生吹熄时雷诺数减小,射流火焰在射流速度完全进入湍流之前发生吹熄;伴流速度小于0.3 m/s时对火焰抬举高度的影响不大,当伴流速度大于0.3 m/s时抬举高度随伴流速度的增加呈线性增长,当射流速度大于20 m/s时,伴流速度的影响降低;对比伴流与稀释对抬举高度的影响可知射流速度大于30 m/s时对伴流的敏感性大于稀释,而在射流速度小于30 m/s时对稀释更敏感。     

同轴平行射流火焰稳燃机理的分析

采用简化的湍流扩散火焰数学模型导出同轴平行射流的湍流扩散火焰的解,并以此概述了同轴平行射流同轴平行射流湍流扩散火焰的稳燃机理。     

甲烷/空气扩散火焰面位置确定的数值模拟研究

以甲烷/空气的湍流射流扩散燃烧为基础,利用-双方程模型和混合分数方程模型的耦合,依据湍流扩散燃烧中整个区域的混合分数场,给出火焰面形状尺度随过量空气系数的变化规律。模拟结果表明混合分数方程确定火焰面的位置是行之有效的方法。     

二阶矩亚网格燃烧模型对射流火焰的大涡模拟

用二阶矩亚网格燃烧模型对美国Sandia国家实验室测量甲烷／空气射流火焰进行了大涡模拟(LES),与实验数据和用二阶矩输运方程湍流燃烧模型的雷诺平均(RANS)模拟结果进行了对比．LES得到时间平均的温度, 甲烷浓度以及温度脉动均方根值和实验值符合很好．LES时均值和RANS模拟结果接近,LES脉动均方根值优于 RANS模拟结果．LES瞬态结果显示了有燃烧时的拟序结构比无燃烧时的强,同时拟序结构强化了燃烧,湍流射流火焰呈皱折火焰面的状态．     

湍流燃烧的统一二阶矩模型

提出了一种湍流燃烧统一二阶矩模型。其特点是对包括反应率系数k的脉动和浓度脉动关联在内的所有关联量都统一形式的二阶矩输运方程加以封闭和求解。考虑了化学反应对关联量耗散的影响，代替了已经的两种湍流燃烧二阶矩模型中，或用温度指数函数的级数展开近似，或用单变量概率密度函数乘积模拟联合概率密度函数的近似。用本模型对甲烷－空气射流湍流扩散燃烧进行了数值模拟，将其结果和EBU模型以及以前提出的两种二阶矩模型的模拟结果进行了比较，并用美国国家实验室的标准实验数据加以检验，证实本模型更好，本模型可用于模拟详细反应动力学，其计算量远小无PDF方程模型的计算量。     

涡流室式柴油机准维相关火焰微元燃烧模型的研究

把涡流室式柴油机不同区域与不同时期的燃烧过程分开处理，将涡流室的燃烧过程分为５个时期，即：低温着火化学动力学反应期，向高温预混燃烧化学动力学反应过渡期，高温预混燃烧化学动力学反应期，向空气和燃料混合控制的扩散燃烧过渡期和火焰微元的扩散燃烧期。而主燃烧室的燃烧只有火焰微元的扩散燃烧期。用Ｓｈｅｌ着火模型、Ａｒｈｅｎｉｕｓ方程和相关火焰微元模型来分别模拟其中的低温着火、高温预混燃烧和扩散燃烧过程以建立准维燃烧模型。模型预测的示功图和燃烧放热率与实验值吻合良好。本文还研究了模型中拉伸因子和耗散因子对示功图的影响。