惰性多孔介質(zhì)內(nèi)的液霧燃燒.pdf

1、針對日益突出的能源和環(huán)境問題，為發(fā)展清潔低能耗的燃燒技術(shù)，本文用數(shù)值模擬的方法研究了燃料液霧在惰性多孔介質(zhì)內(nèi)的流動燃燒過程，分析其燃燒特性。在多孔介質(zhì)內(nèi)組織燃燒可以提高燃燒系統(tǒng)的效率，同時降低污染。多孔介質(zhì)燃燒器有其獨有的特點：結(jié)構(gòu)緊湊，超絕熱火焰溫度，拓寬的貧燃極限，低污染，燃燒過程更易控制等。 對文獻資料中出現(xiàn)的有關(guān)多孔介質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)和其中發(fā)生的輸運過程的研究成果做了系統(tǒng)整理，以便對多孔介質(zhì)的性質(zhì)有個準確把握，為建立準確的數(shù)

2、學模型奠定基礎(chǔ)。介紹了孔隙率、比面、彎曲率、相關(guān)函數(shù)、孔徑分布、逾滲概率等幾何結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和毛細管模型、隙縫模型、顆粒模型、孔隙網(wǎng)絡(luò)模型、逾滲模型等幾何結(jié)構(gòu)模型；介紹了比流量、滲透率、流體動力彌散等流體力學輸運性質(zhì)，界面張力、濕潤性、毛細壓力等界面屬性和傳熱傳質(zhì)輸運特性。 闡明了模擬多相多尺度問題的連續(xù)介質(zhì)方法的基本思想和表征體元、孔隙率等基本概念，介紹了連續(xù)介質(zhì)方法中的唯象方法和上升尺度方法。詳細介紹了經(jīng)典混合物理論和經(jīng)典不可

3、逆熱力學。對唯象方法中的不溶混混合物理論，上升尺度方法中的平均理論作了簡要介紹。 應用上升尺度方法中的雜化混合物理論和經(jīng)典不可逆熱力學原理，推導得出了存在化學反應多相混合物體系的較為嚴格的雜化混合物理論模型。宏觀守恒方程是將微觀守恒方程在表征體元上體積平均得到，將微觀熱力學第二定律的熵不等式和微觀Gibbs方程等狀態(tài)函數(shù)之間的熱力學關(guān)系也在表征體元上體積平均，得到宏觀熵不等式和宏觀熱力學關(guān)系。用Lagrange乘子將宏觀熵不等式

4、、守恒方程、熱力學關(guān)系組合成增廣熵不等式，選取Lagrange乘子削去增廣熵不等式中的物質(zhì)導數(shù)項，確認出熵流部分和熵產(chǎn)部分。依據(jù)經(jīng)典不可逆熱力學的一般原則，將熱力學流表示成熱力學力的函數(shù)式，即找出本構(gòu)關(guān)系，完成方程組的封閉。 數(shù)值工作首先從較為簡單的零維模擬開始，采用詳細化學反應機理，應用零維情形的雜化混合物理論模型，模擬了微小空腔內(nèi)氣體的預混燃燒，通過有無填充多孔介質(zhì)的對比，分析了多孔介質(zhì)在微小尺度燃燒領(lǐng)域的應用前景。研究了填

5、充多孔介質(zhì)對微小型化學推進器性能的影響。微小尺度下系統(tǒng)內(nèi)部很容易達到熱平衡，體現(xiàn)不出多孔介質(zhì)的回熱作用；但多孔介質(zhì)的大熱容量卻能保證系統(tǒng)具有良好的熱穩(wěn)定性。通過用詳細化學反應機理研究定容條件下正庚烷液霧在多孔介質(zhì)中的瞬態(tài)著火過程，模擬了液體燃料在內(nèi)燃機中的點火過程。多孔介質(zhì)內(nèi)燃機的點火延遲期會比傳統(tǒng)柴油機顯著縮短，而且受工況影響很小，有利于內(nèi)燃機的點火控制。將雜化混合物理論模型具體應用于正庚烷液霧在惰性多孔介質(zhì)中的流動、蒸發(fā)、燃燒過程。

6、作一維假定，考慮了液霧與氣體之間的對流換熱過程、液霧與多孔介質(zhì)固體骨架之間的碰撞接觸傳熱過程、多孔介質(zhì)對液霧的輻射加熱過程。采用了自適應網(wǎng)格的Eluer-Lagrange數(shù)值解法，輻射傳遞方程采用離散坐標法求解。對程序代碼進行了較系統(tǒng)地檢驗。考察了迭代過程中殘差的下降程度，確定了迭代收斂判據(jù)。通過在經(jīng)由系統(tǒng)加密的網(wǎng)格上進行計算，分析了單調(diào)收斂、收斂階數(shù)、網(wǎng)格無關(guān)性等離散誤差特征，應用Richardson外插對離散誤差作了定性地估計。計算