不同湍流强度下液雾燃烧的直接数值模拟

采用欧拉方法求解气相场,采用拉格朗日方法跟踪液滴颗粒,对液雾燃烧进行了直接数值模拟研究.分析了不同湍流强度下液雾燃烧的液滴蒸发特性和燃烧特性.发现在低混合分数区域,液滴蒸发速率约等于零.当混合分数大于夹层内平均混合分数的时候,液滴蒸发速率随混合分数线性增加.液雾燃烧的着火时间与相同条件下气体混合物的着火时间相比会更长.湍流在混合分数空间中抑制了液体燃料的蒸发,但是能够加强燃料和氧化剂的混合,从而进一步促进化学反应的进行.     

燃气轮机环形燃烧室内燃烧流动的数值模拟

对一个复杂的GE—F101型工业燃气轮机环形燃烧室，采用Reynolds应力湍流模型(RSM)、EBU—Arrhenius湍流燃烧模型和六通量热辐射模型描述其燃烧流动，应用FLUENT软件进行了三维化学反应流场的数值模拟研究。研究结果表明：旋流和燃料进口射流对燃烧室流内温度和流场分布有着重要的影响；利用数值手段得到燃烧室出口的温度分布以判断其能否满足透平叶片进口温度的要求是可行的；燃烧室工作压强对出口的NO分布有着重要影响。在燃用气体燃料时，燃气轮机的NO排放主要来自于热NO，瞬时NO只占很小一部分。图11参6     

微燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟

建立了微燃烧室中的湍流燃烧模型,采用FLUENT软件对微燃烧室中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟,研究了甲烷/氧气的当量比为1时不同流量对微燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明,随着混合气流量的增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的质量浓度下降。     

液体燃料高温低氧燃烧的数值模拟研究

结合一种新型的高温低氧燃烧炉的设计，对液体燃料的高温低氧燃烧进行了数值模拟．利用Fluent软件，考察了液体燃料在这一技术下的燃烧特性，并且给出了NOx排放特性．结果表明，高温低氧空气燃烧技术具有NOx排放极低，炉膛内温度分布均匀等优点．同时计算可知，回流阀所造成的回流区不仅能使火焰稳定，而且还能起到降低氧浓度的作用。     

乙醇微型燃烧室燃烧特性的数值模拟研究

为了解决化石燃料储备不足与环境污染问题,生物质燃料作为石油替代能源得到大力提倡,如何合理地将化石燃料替换为生物质燃料且维持设备正常运行成为工程上亟待解决的问题。本文采用CFD软件研究了车载5 kW生物乙醇微型燃烧室的燃烧特性,对比分析了不同功率（0.5~5 kW）和出口温度（840~960 K）时的回流区长度与宽度、回流量、出口温度分布系数（OTDF）、出口NO体积分数等特征参数。结果表明：随着出口温度升高,回流区长度逐渐缩短,回流量减少,出口温度均匀性逐渐变差,出口NO体积分数明显增加;随着燃烧室功率增大,回流区长度变长,回流量增加,OTDF先增大后减小,NO体积分数随着功率的降低而显著升高,最大值出现在1 kW时,达到满负荷时的7倍。因此,为了实现稳定燃烧和减少污染物排放,该乙醇微型燃烧室应在较高的空燃比（即较低的出口温度）和功率下运行。     

旋流燃烧室内丙烷湍流燃烧的数值模拟

提出并建立了丙烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数模型．应用该模型对旋流燃烧室内的丙烷湍流燃烧进行了数值模拟．计算中分别采用了Kiehne和Jones的两种丙烷四步反应机理．结果表明，基于Kiehne机理可得到与实验相符合的气体轴向与切向速度，轴向脉动速度均方根值和温度，以及氧气、二氧化碳、丙烷、一氧化碳与氢气体积分数的分布．     

燃气轮机燃烧室双燃料混合燃烧数值模拟

对燃气轮机双燃料燃烧室进行了2种燃料混合燃烧条件下的数值模拟.结果 表明:混合燃烧条件下,液体燃料不同质量流量下的雾化特性、双燃料喷嘴气/液路结构以及气/液燃料的燃烧场差异决定了双燃料燃烧室的混合燃烧性能;当2种燃料混合燃烧时,液体燃料雾化质量恶化及外环气体燃料喷嘴对燃烧场的径向压缩导致高温驻点向燃烧室出口移动,温度分...     

单只文丘利油燃烧器出口气液两相流动与燃烧的数值模拟

针对选配文丘利型油燃烧器的燃油锅炉中液雾燃烧的特点,提出了一种数值模拟分析模型及处理方法,据此数值模拟了某单只文丘利油燃烧器出口的气液两相流动与燃烧,给出了流中的速度场,温度场以及浓度场的分布信息,这些结论可为该型燃烧油锅炉的进一步设计和运行以及燃烧室的布置提供有益的依据。     

燃气轮机燃烧室燃烧流场的数值计算

对某型燃气轮机燃烧室的燃烧流场运用FLUENT软件进行了数值模拟.在模拟过程中采用了标准k-ε湍流模型、"简单化学反应系统"模型和"快速化学反应"假设,用SIMPLE算法进行压力一速度耦合求解,分析了不同负荷情况对燃烧效率、出口平均温度、过量空气系数及火焰长度的影响.计算结果能够很好地反映燃烧室燃烧流动的特点,对预测燃烧室内的燃烧流动及燃烧室的优化有一定参考价值.     

亚毫米平行板通道内燃烧过程的数值模拟

微动力系统是动力机械具有里程碑意义的发展.由于能量密度的极大优势,应用燃烧释放碳氢燃料的化学能转化为电能或者机械能的微动力系统有巨大的发展潜力和广阔的应用前景.微燃烧室是该类微系统的核心,本实验建立了1mm以下尺寸的平行板微燃烧室内的流动、传热和燃烧模型,在实验验证的基础上,用CFD软件进行了数值模拟,获得了亚毫米平行板通道高度、混合气流量和比率等参数对内部燃烧情况及壁面温度的影响规律.     

湍流燃烧模型在燃气轮机燃烧室模拟中的运用与对比

利用Fluent商业软件,对燃气轮机燃烧室C16H29非预混燃烧流场进行数值模拟。针对燃烧室的额定工况,分别采用简单概率密度函数模型、涡耗散模型、涡耗散概念模型的2步反应和5步反应过程,对湍流燃烧流场进行对比数值分析,同时,考察燃烧室Thermal和Prompt NOx排放性能。通过比较发现,有吸热反应过程的EDC-5步模型所得流域内燃烧区温度较低;出口温度均匀性最好,最大不均匀度28%;NOx排放量最少。结果表明,该模型能够更合理地预测燃烧室的流场分布。     

Coupling of 3D Eulerian and Lagrangian Spray Approaches in Industrial Combustion Engine Simulations

The Lagrangian DDM （discrete droplet model） is state-of-the-art for CFD （computational fluid dynamics） simulations of mixture formation and combustion in industrial engines. A commonly known drawback of the DDM approach is the attenuated validity in the dense spray, where the bulk liquid disintegrates into droplets. There the assumption of single droplets surrounded by a homogenous gas field is not reasonable. In this region, the Eulerian-Eulerian multi-phase approach performs better because instead of parcels the spray is represented by the volume fractions of one bulk liquid and several droplet size class phases. A further drawback of the DDM approach is that increasing the spatial resolution of the computational grid leads to a reduced statistical convergence, since the number of spray parcels per computational cell becomes smaller. It is desirable to combine the benefits of both spray approaches in coupled CFD simulations. Therefore, the dense spray region is simulated separately with the Eulerian spray approach on a highly resolved mesh covering only the region close to the nozzle orifice. The entire engine domain with combustion and emission models is simulated with the Eulerian-Lagrangian spray approach for the dilute spray region. The two simulations are coupled through exchange of boundary conditions and model source terms. An on-line coupling interface manages the data transfer between the two simulation clients, i.e., Eulerian spray and engine client. The aim of this work is to extend the coupled spray approach in terms of exchanging combustion related heat and species sources, and consequently creating the link between Eulerian spray and combustion models. The results show mixture formation and combustion in real-case engine simulations, and demonstrate the feasibility of spray model combination in engineering applications.     

喷雾锥角对柴油机燃烧过程影响的数值模拟

柴油机燃烧过程中喷雾内部的物理化学过程非常复杂,传热、蒸发、扩散、流动等物理过程控制着化学反应,影响着火和燃烧过程,进而决定着发动机的动力性、经济性以及排放性能。利用CFD分析软件FIRE对一台直列6缸增压柴油机的喷雾与燃烧过程进行模拟。研究了喷雾锥角对燃烧过程的影响规律以及喷雾锥角对碳烟和NOx生成的影响。     

关于喷雾流动蒸发燃烧的数值模拟研究

采用欧拉气相方程和拉格朗日液滴方程,同时耦合化学反应,对喷雾流动、蒸发、燃烧进行模拟,分析了喷雾液滴的分布、液滴贯穿距离、索特平均直径、放热率等。通过与试验结果的对比表明:计算能很好地预测蒸发和非蒸发喷雾的油滴贯穿距离以及燃料蒸气的贯穿距离;高温高压下喷雾的自燃着火,燃烧迅速扩散。对计算结果的分析表明:高温高压下容易产生二次破裂;在火焰前锋附近,局部放热量大,产生了预混燃烧,而喷雾液核区域的燃油燃烧是由湍流扩散控制的。     

高压液氨喷雾燃烧的数值模拟和试验验证

以液氨喷雾混合气形成和燃烧过程为对象进行数值模拟和试验验证。根据试验获得的气液相贯穿距数据对三维模型进行参数标定。结果表明：建立的喷雾模型可以在高温高压环境条件下准确预测液氨喷雾的贯穿发展过程;在喷雾混合气形成过程中液氨气化吸热导致喷雾中心区域降温效果明显,降温高达100 K;氨较高的汽化潜热使之较难蒸发,喷雾边缘处氨的质量分数多在0.1上下。利用特征时间燃烧模型对液氨喷雾燃烧过程进行初步计算,可以较好地模拟整个燃烧过程。     

燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响研究

采用CHAMKIN模拟分析燃烧过程,基于自行设计的可视化定压燃烧系统试验研究燃烧室压力对燃油喷雾和燃烧的影响。结果表明:随着压力的升高雾化效果逐渐变差;进气旋流可以改善雾化效果;如果进气旋流是高温气体,则改善情况更明显。压力的增加仅加快了反应速率,缩短了着火延迟时间,并没有引起着火过程中温度的很大变化。随着燃烧压力的增加,火焰逐步向燃油喷嘴处移动,可通过提高烟气卷吸率增强气旋效果,使火焰更长,燃烧更均匀,避免烧坏油头及燃烧室内部分温度过高等不良后果。     

旋流煤粉燃烧NO生成的AUSM湍流反应模型

针对煤粉燃烧NO生成提出一种湍流反应统一二阶矩代数(AUSM)模型．用纯双流体模型，包括κ—ε—κp两相湍流模型、EBU—Arrhenius燃烧模型、六热流辐射模型、NO生成湍流反应的AUSM模型和原有二阶矩代数模型，对旋流煤粉燃烧器内相流动、煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟．两相流动的模拟结果和PDPA实验结果符合较好。热态模拟结果和文献中的实验结果的对照指出，AUSM模型的模拟结果比ASM模型的模拟结果更合理．ASM模型由于采用温度指数函数的级数展开近似，舍去了并非小量级的高阶项，低估了NO生成率．这和文献中用ASM模型模拟甲烷—空气燃烧低估了NO生成率的趋势是一致的。     

M15甲醇柴油发动机喷雾及燃烧过程的数值模拟

分别建立了纯柴油及甲醇-柴油混合燃料喷雾燃烧过程的多维数值模型,并用试验结果对计算模型进行了验证。模拟计算结果表明:在不改动柴油机结构的情况下,掺烧15%的甲醇后,滞燃期变长;喷雾贯穿距离缩短,破碎能力增强,油滴索特平均直径也有所降低,这表明掺烧甲醇后具有较好的喷雾均匀性;燃油浓度场均匀性改善,与空气混合效果更好;soot排放有明显改善;另外,进气涡流比对M15甲醇柴油发动机缸内湍动能的分布有较大的影响。     

缸内直喷汽油机喷雾、混合气形成和燃烧过程的三维数值模拟

建立了带进排气道的缸内直喷(GDI)汽油机三维数值模型,并对喷雾模型和燃烧模型进行了实验标定,进而模拟了GDI发动机化学当量比条件下均质混合气和分层混合气两种模式从进气-喷雾-混合气形成-燃烧的全过程.模拟结果表明,GDI发动机高压多孔喷嘴喷雾雾化明显,贯穿距离较长,进气过程中缸内形成强滚流促进燃油蒸发和油气混合;进气冲程单次喷射可在缸内点火之前形成较为均匀的混合气,进气和压缩冲程中进行两次喷射可在缸内点火之前形成火花塞附近较浓、周围较稀的分层混合气;在化学当量比条件下适当采用分层混合气燃烧,与均质混合气相比可以降低燃烧速度,从而减小最大爆发压力和压力升高率.计算结果有助于深入理解GDI发动机的工作过程,并为后续研究GDI燃烧控制策略提供了模拟计算平台.     

旋风炉内气相燃烧及两相流动的数值模拟

在有反应两相流动及煤粉燃烧的全双流体模型（ＰＴＦ模型,ｐｕｒｅ ｔｗｏ－ｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ）基础上,采用修正的ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,对旋风炉内的湍流气相燃烧（甲烷和一氧化碳的燃烧）及在气相燃烧条件下的两相流动进行了数值模拟研究,模拟结果表明,在有燃烧的情况下,在旋风炉的底部存在近壁回流区,该回流区有利于火焰稳定,气粒两相切向速度分布具有类似的Ｒａｎｋｉｎｅ涡结构,该研究为煤粉燃烧的数值模拟