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层流小火焰模型在湍流扩散火焰数值模拟中的应用

作　者: 解天放
导　师: 王培勇
学　校: 厦门大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 湍流扩散火焰 层流小火焰模型 概率密度函数 标量耗散率 混合分数
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 5次
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内容摘要


本文首先对氢气—空气的层流对冲扩散火焰进行了详细的数值模拟,研究了拉伸率对火焰温度和火焰宽度的影响,结果表明拉伸率的增加会使得火焰的最高温度下降,火焰的宽度变窄。采用Chemkin软件包、FlameMaster软件包和修改后的Chemkin源代码,以混合分数为自变量,以标量耗散率为参数,建立了各组分质量分数值以及温度值的二维层流小火焰数据库分表。再将结果通过β概率密度函数进行耦合积分,得到了层流小火焰数据库总表。最后,将层流小火焰模型应用于湍流扩散火焰的数值模拟,对氢气—空气的非预混湍流燃烧进行了初步的研究。主要探究了路易斯数、混合分数和标量耗散率的选择对湍流扩散火焰计算值的影响。将得到的计算结果与文献中的实验结果进行比较,结果表明,路易斯数为1的假设可以更好地描述湍流燃烧过程,标量耗散率的选择对湍流扩散火焰的计算不会造成太大影响,小火焰模型应用于湍流燃烧模拟具有一定的可行性和优势。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 湍流扩散火焰研究背景  8
  1.2 常见的湍流扩散燃烧模型  8-10
    1.2.1 湍流燃烧的涡耗散模型  8
    1.2.2 湍流燃烧的条件矩封闭模型  8-9
    1.2.3 湍流燃烧的PDF输运方程模拟  9
    1.2.4 湍流燃烧的预设PDF模型  9-10
  1.3 层流小火焰模型概念  10
  1.4 本文主要工作  10-12
第二章 湍流扩散燃烧的层流小火焰模型理论  12-22
  2.1 层流小火焰模型的假设  12
  2.2 守恒标量混合分数的提出  12-15
  2.3 层流小火焰模型的控制方程  15-16
  2.4 标量耗散率的提出  16-17
  2.5 层流小火焰模型的概率密度  17-20
    2.5.1 概率密度函数的定义  17-19
    2.5.2 预设概率密度函数  19-20
  2.6 本章小结  20-22
第三章 层流对冲扩散火焰  22-40
  3.1 层流对冲火焰的守恒方程  23-24
  3.2 层流对冲火焰的物性计算方法  24-25
  3.3 层流对冲火焰的Chemkin计算  25-29
    3.3.1 层流对冲火焰的特性  25-28
    3.3.2 对冲火焰径向速度的影响  28-29
  3.4 层流对冲火焰的FlameMaster计算  29-35
    3.4.1 FlameMaster结构介绍  29-30
    3.4.2 FlameMaster计算分析  30-35
  3.5 Chemkin的算法修改  35-38
  3.6 本章小结  38-40
第四章 层流小火焰数据库的建立  40-60
  4.1 混合分数和标量耗散率的选择  40-53
    4.1.1 混合分数的几种定义  40-42
    4.1.2 混合分数计算对比  42-44
    4.1.3 标量耗散率的两种定义  44-45
    4.1.4 基于Chemkin的标量耗散率对比  45-49
    4.1.5 基于FlameMaster的混合分数和标量耗散率对比  49-51
    4.1.6 基于Chemkin修改版本的混合分数和标量耗散率对比  51-53
  4.2 小火焰数据库的建立  53-58
    4.2.1 小火焰数据库分表的建立  53-54
    4.2.2 小火焰数据库总表的建立  54-58
  4.3 本章小结  58-60
第五章 氢气/空气非预混湍流燃烧计算  60-74
  5.1 标准湍流射流扩散火焰  60-61
  5.2 网格及参数设置  61-62
  5.3 不同小火焰数据库计算对比  62-72
    5.3.1 路易斯数对非预混湍流燃烧计算的影响  63-67
    5.3.2 标量耗散率的选择对非预混湍流燃烧计算的影响  67-70
    5.3.3 层流小火焰数据库对燃烧产物的预测  70-72
  5.4 本章小结  72-74
第六章 总结与展望  74-76
  6.1 研究总结  74
  6.2 研究展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
攻读硕士学位期间的科研成果  82

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 燃料与燃烧
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