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等离子点火器三维燃烧流场数值模拟

作　者: 穆勇
导　师: 郑洪涛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 等离子点火器 有限速率化学反应模型 湍流模型 数值模拟 辐射模型
分类号: TK473
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 232次
引　用: 5次
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内容摘要


等离子点火技术作为一种新型的点火技术正被广泛应用于航空工业、造船工业以及发电、石油天然气输送等诸多行业中。而等离子点火器作为现代燃气轮机的一种新型点火设备,具有独特的放电特性和较大的放电能量,能量集中,且可使发动机的点火可靠性和点火浓度极限得到极大提高等特点,正被各国科学人士研究和推广。 该点火器的工作过程是,首先使少量的启动燃料点着形成稳定的点火火炬,然后以此来点燃整个燃烧室的主燃料炬,完成整个点火过程。等离子点火器中注入燃料与高温空气等离子流时,在富燃料状态下发生传热、传质并发生复杂而剧烈的一系列物理化学反应,它带有气体和燃料的高温裂解和重组,包含有复杂的中间过程,并且各反应的速率不尽相同,因此反应过程相当复杂。目前,由于对某些燃料的反应机理尚不完全清楚,并且描述这一现象的数学模型及控制方程很复杂,所以很难用解析方法求得等离子点火器燃烧流场的精确分布,这样就极大的限制了人们应用燃烧理论指导这一燃烧设备的设计和研究。 随着计算流体力学和计算燃烧学的长足发展,以及计算机的广泛应用,使得采用数值模拟方法,模拟等离子点火器内部燃烧系的流动、传热传质、化学反应等复杂过程成为可能。应用数值模拟的方法可以对实验难以测量的参数进行预估,而不需要大量的实验,应用数值模拟的方法来解决等离子点火器燃烧和点火性能的分析和工程设计,有利于提高工作的可靠性和经济性。因此数值模拟方法是研究等离子点火器内部过程机理的一个重要手段。 本文旨在通过构造反映等离子点火器内部结构和流动规律的模型与基本方程组,建立起描述等离子点火器稳态三维反应流的数学物理模型。模拟等离子点火器内部燃烧的RNGκ-ε双方程湍流流动模型;模拟液体燃料在燃烧多步反应时的有限化学反应速率模型;模拟等离子点火器内较小光学深度的辐射换热DO模型等等,对模型进行一定的合理的

全文目录


第1章 绪论  11-19
  1．1 研究的目的和意义  11-15
  1．2 国内外研究现状  15-17
    1．2．1 国内方面  15-16
    1．2．2 国外方面  16-17
  1．3 本文的主要研究内容  17-19
第2章 燃烧反应基本理论  19-31
  2．1 化学反应动力学的基本原理  19-26
    2．1．1 反应速率与反应机理  19-22
    2．1．2 反应速率方程和 Arrhenius定理  22-26
  2．2 典型反应  26-27
    2．2．1 具有简单级次的反应  26
    2．2．2 平行反应  26-27
    2．2．3 连续反应  27
    2．2．4 并列反应  27
  2．3 反应网络  27-28
  2．4 燃烧机理简述  28-30
  2．5 本章小结  30-31
第3章 数学物理模型  31-45
  3．1 反应流基本控制方程  31-33
  3．2 湍流流动模型  33-36
    3．2．1 标准k-ε双方程模型  34-35
    3．2．2 重正化群(RNG)k-ε双方程模型  35-36
  3．3 燃烧反应模型  36-40
    3．3．1 涡团耗散 EDM模型  37-39
    3．3．2 涡团耗散概念 EDC模型  39-40
  3．4 辐射模型  40-44
    3．4．1 DO辐射模型  41-42
    3．4．2 角度的离散和象点处理  42-44
    3．4．3 壁面边界条件处理  44
  3．5 本章小结  44-45
第4章 数值求解方法  45-60
  4．1 引言  45
  4．2 计算区域的离散化  45-47
    4．2．1 贴体坐标系  45-46
    4．2．2 空间区域的离散化  46-47
  4．3 基本方程的离散化  47-50
    4．3．1 任意曲线坐标系下的基本方程  47-48
    4．3．2 基本方程的离散化  48-50
  4．4 算法  50-54
  4．5 多重网格算法  54-55
  4．6 松弛因子  55-56
  4．7 边界的处理  56-59
    4．7．1 边界条件的给定  56-57
    4．7．2 壁面函数法  57-59
  4．8 本章小结  59-60
第5章 等离子点火器燃烧流场的数值模拟  60-83
  5．1 空气过量系数的确定  60-61
  5．2 计算几何模型与边界条件  61-63
  5．3 计算结果与分析  63-82
    5．3．1 对称面上的各个参数分布  63-76
    5．3．2 出口面上参数分布  76-78
    5．3．3 流域内几个重要参数随空气过量系数变化的情况  78-82
  5．4 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-91
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  91-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 燃气轮机（燃气透平） > 构造
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