考慮詳細化學反應機理的動態(tài)二階矩湍流燃燒模型研究.pdf

1、燃燒是現(xiàn)代社會獲取能量的主要方式，燃燒在工程應用中十分廣泛，如內(nèi)燃機，燃氣輪機，電站鍋爐等。當前越來越多的學者使用大渦模擬來研究湍流燃燒問題。研究表明，在實際的燃燒器中，有可能同時存在著多種模式的燃燒，同時在傳統(tǒng)的預混火焰和擴散火焰中都存在預混和非預混燃燒。目前大部分燃燒模型都不能對此火焰進行很好地預測和計算。針對此問題，課題組前期提出并發(fā)展了動態(tài)二階矩湍流燃燒模型。為了進一步完善該模型，本文在單步動態(tài)二階矩湍流燃燒模型的基礎上發(fā)展了應

2、用詳細化學反應機理的動態(tài)二階矩模型，并將其應用于更復雜的預混火焰和多種燃燒模式共存的非預混火焰中，驗證了新模型對預混火焰和多種燃燒模式共存非預混火焰的適用性，研究了火焰結構及火焰與湍流的相互作用，加深了對湍流燃燒的理解。
　　第一部分對適用于詳細化學反應機理的動態(tài)二階矩湍流燃燒模型進行了數(shù)學理論推導。針對不同組分個數(shù)的基元反應，對應用詳細化學反應機理動態(tài)二階矩模型的未封閉“二階項”輸運方程進行了推導，類比雷諾應力模型對輸運方程進行

3、了簡化，采用了亞網(wǎng)格動態(tài)格式計算未封閉項的系數(shù)，完善了動態(tài)二階矩模型，為考慮詳細化學反應的動態(tài)二階矩模型的大渦模擬程序編寫打下了理論基礎。
　　第二部分研究了考慮詳細化學反應機理的動態(tài)二階矩湍流燃燒模型對預混火焰預測的準確性和適用性?？紤]甲烷的多步反應機理，將動態(tài)二階矩湍流燃燒模型應用于甲烷貧燃預混值班火焰中，對不同入口速度的預混火焰的速度場、溫度場和組分場與實驗結果進行對比分析。通過對比發(fā)現(xiàn)，應用動態(tài)二階矩湍流燃燒模型計算結果與

4、實驗值吻合得較好，且能很準確地捕捉火焰的結構，說明了動態(tài)二階矩湍流燃燒模型對預混火焰能進行比較準確地預測。
　　第三部分研究了考慮詳細化學反應的動態(tài)二階矩湍流燃燒模型對多種燃燒模式共存火焰預測的準確性和適用性，分析其火焰的結構特征?？紤]甲烷的多步反應機理，將動態(tài)二階矩湍流燃燒模型應用于非均勻入口的悉尼甲烷值班火焰中，通過與實驗數(shù)據(jù)進行對比，檢驗動態(tài)二階矩湍流燃燒模型對多種燃燒模式共存燃燒火焰的適用性，分析非均勻入口條件下火焰的結構