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文檔簡介
1、減少燃燒過程中的污染物排放、提高燃燒效率是當前燃燒領域研究的兩大課題。在眾多新型先進的燃燒技術(shù)中,多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)在近二十年的學術(shù)和工程領域引起了廣泛的關(guān)注,成為可望解決上述兩大問題的一個有效途徑。國內(nèi)外迄今為止對過濾燃燒的研究,盡管已經(jīng)取得了長足的進展和可喜的成果,仍存在諸多問題和空白領域,特別對于基礎性的科學問題,有待深入研究和探明。其研究方法,由宏觀到微觀可歸納為計算流體動力學(CFD)方法、直接模擬蒙特卡洛(DSMC)方法以及分
2、子動力學(MD)方法等。已有研究資料表明,采用單一方法很難在計算資源有限的情況下,兼顧相對宏觀的流場與局部的微觀效應,因此本文就微尺度條件下的氣體流動與燃燒等特性,在CFD方法和DSMC方法耦合的基礎上進行數(shù)值研究,以期增強對多孔介質(zhì)局部范圍內(nèi)流動、燃燒等現(xiàn)象的了解,對諸如醫(yī)藥、化工、生物、航空航天等其他領域的微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的設計與研發(fā)亦有所啟發(fā)。
本文首先應用CFD/DSMC耦合迭代的算法,結(jié)合平滑與粗糙兩種壁面
3、邊界條件,對寬50μm,假定無限長的微型管道內(nèi)的氣體流動與傳熱進行模擬研究,發(fā)現(xiàn):在本文所設定算例中,與采用單純的CFD方法相比,采用耦合算法得到的速度場,因存在速度的滑移現(xiàn)象,在近壁面處呈現(xiàn)較大的差異,并影響到其核心流域的流場,并隨著壁面“粗糙”程度增大,核心流域速度越小;管內(nèi)溫度分布在耦合前后沒有太大差異,但核心流域溫度隨著壁面“粗糙”程度的增高而降低;在近壁面處,耦合所得結(jié)果存在著溫度跳躍的現(xiàn)象。然后,在考慮化學反應的情況下,引入
4、H2/O26組分7步可逆基元燃燒反應機理,同樣地,采用CFD/DSMC耦合迭代的算法對長25μm,前10μm為漸縮管后15μm為直管的管道內(nèi)的氫氧燃燒反應、流動與傳熱特性以及組分輸運等進行模擬研究。其結(jié)果表明:在入口速度設定為50m/s的情況下,使用DS2V更新Fluent邊界上的數(shù)據(jù)后,模擬所得結(jié)果與壁面滑移速度存在著很大的關(guān)聯(lián)性。此時壁面滑移速度的影響超過壁面溫度突躍的影響,在滑移速度大的區(qū)域,生成物的各組分含量較少,而在滑移速度小
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