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天然气在惰性多孔介质内预混燃烧的数值模拟研究

作　者: 郑中青
导　师: 李艳红
学　校: 上海交通大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 天然气惰性多孔介质预混燃烧 YIX方法辐射传递方程
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 222次
引　用: 4次
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内容摘要

为缓解能源结构不合理造成的环境污染问题,我国加快了天然气的使用力度,发展高效、低污染排放的天然气燃烧技术具有非常重要的现实意义。天然气在惰性多孔介质内的预混燃烧技术在很多方面体现出了其优越性,成为近年来燃烧领域的研究重点之一。本文对天然气在惰性多孔介质内的预混燃烧过程进行了数值模拟研究。在数值模拟过程中,为了保证结果的准确性,本文用分子动力学理论详细计算各组分的热物性参数和传输参数,包括比热容、粘性系数、扩散系数以及导热系数等。YIX方法是求解辐射传递方程的一种新方法,在求解非均匀介质中的辐射传递方程方面具有处理方便、准确性高等优点。本文用YIX方法对惰性多孔介质内的一维辐射传递方程进行求解。由于火焰附近的温度梯度很大,本文采用非均匀网格,用有限差分法对控制方程组进行了离散,在此基础上用Fortran语言编写了计算程序。在计算过程中,用牛顿法求解非线性方程组。由于火焰传播问题是特征值问题,本文采用固定燃烧器内某一点温度的方法求解。对数值模拟结果的分析表明,多孔介质的辐射以及气体和固体间的对流传热是影响惰性多孔介质燃烧器性能的主要因素。对流传热系数的增加会增加气体和多孔介质固体之间的热量交换,从而减小两者之间的温度差。多孔介质衰减系数的提高意味着辐射传热能力的下降,导致反应区向火焰上游和下游传递的热量减少,从而提高了反应区的温度。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-28
  1.1 研究的背景和意义  11-14
    1.1.1 我国的能源消费结构和天然气利用现状  11-13
    1.1.2 环境污染日益严重  13-14
  1.2 多孔介质中的燃烧技术  14-18
    1.2.1 多孔介质材料概述  14-15
    1.2.2 用作燃烧器的多孔介质材料  15
    1.2.3 多孔介质中的燃烧  15-18
  1.3 惰性多孔介质内的预混合燃烧的特点  18-20
    1.3.1 优良的总体传热特性  18-19
    1.3.2 燃烧的稳定性好  19
    1.3.3 燃烧效率高，污染物排放低  19
    1.3.4 功率调节范围大，可实现高强度燃烧  19-20
  1.4 惰性多孔介质内的预混合燃烧的研究现状  20-22
  1.5 惰性多孔介质内的预混合燃烧技术的应用  22-28
    1.5.1 民用加热器  22
    1.5.2 多孔介质燃烧器与预混式工业燃烧器的联合利用  22-23
    1.5.3 干燥器的空气加热系统  23
    1.5.4 燃气轮机燃烧室  23-24
    1.5.5 汽车的加热系统  24-25
    1.5.6 蒸汽锅炉  25-26
    1.5.7 超绝热燃烧发动机  26
    1.5.8 燃烧-热电转换装置  26-28
第二章惰性多孔介质内天然气预混燃烧的控制方程与求解方法  28-40
  2.1 数学模型的建立  28-31
    2.1.1 基本假设  28-29
    2.1.2 控制方程组  29-31
    2.1.3 边界条件  31
  2.2 气体的热物性参数  31
  2.3 气体的传输参数  31-35
    2.3.1 纯组分的黏度  31-32
    2.3.2 两组分混合物的扩散系数  32-33
    2.3.3 纯组分的导热系数  33-34
    2.3.4 多组分混合物的平均物性参数  34-35
  2.4 多孔介质的结构参数和物性参数  35-36
  2.5 化学反应模型  36
  2.6 计算过程  36-40
    2.6.1 网格划分  36
    2.6.2 控制方程组的离散  36-38
    2.6.3 计算流程  38-40
第三章辐射传热子模型  40-51
  3.1 辐射传热的一些基本概念  40-41
    3.1.1 发射力  40
    3.1.2 立体角  40
    3.1.3 辐射强度  40-41
    3.1.4 辐射参与性介质内辐射热流量  41
  3.2 辐射参与性介质中的辐射传递方程  41-47
    3.2.1 非辐射参与性介质中的辐射强度  41-42
    3.2.2 辐射强度的减弱  42-43
    3.2.3 辐射强度的增强  43-44
    3.2.4 辐射传递方程  44-45
    3.2.5 辐射传递方程的一般解  45-46
    3.2.6 辐射热流量的导数  46-47
    3.2.7 多孔介质燃烧器内辐射传递方程  47
  3.3 YIX 方法求解辐射传递方程  47-51
    3.3.1 YIX 方法的推导  47-49
    3.3.2 多孔介质燃烧器内辐射传递方程的求解  49-51
第四章数值计算结果及分析  51-58
  4.1 惰性多孔介质中的预混燃烧与自由空间预混燃烧的比较  51-52
    4.1.1 温度分布的比较  51-52
  4.2 不同参数对惰性多孔介质燃烧器燃烧性能的影响  52-57
    4.2.1 当量比对燃烧速度的影响  52-53
    4.2.2 体积对流传热系数对温度分布的影响  53-55
    4.2.3 衰减系数对温度分布的影响  55-56
    4.2.4 多孔介质导热系数对温度分布的影响  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章全文总结和展望  58-60
  5.1 全文总结  58
  5.2 展望  58-60
附录1  60-63
附录2  63-64
附录3  64-65
参考文献  65-70
致谢  70-71
作者在攻读硕士学位期间发表或录用的学术论文  71

天然气在惰性多孔介质内预混燃烧的数值模拟研究

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