二維預(yù)混湍流燃燒的數(shù)值模擬研究.pdf

1、湍流預(yù)混燃燒是一種普遍存在的復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)象，燃燒的優(yōu)劣直接影響著燃料利用率與燃燒污染物的排放，而節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今世界發(fā)展的重大主題，世界各國對燃燒污染物的排放提出了越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因此研究湍流預(yù)混燃燒過程中燃燒污染物，特別是氮氧化物的生成，并進(jìn)行燃燒過程的優(yōu)化來提高燃燒效率、控制污染物的生成與排放，具有重要的學(xué)術(shù)研究與理論價(jià)值。 本課題建立了描述突擴(kuò)燃燒室這一典型工程燃燒裝置內(nèi)湍流預(yù)混反應(yīng)流的數(shù)學(xué)模型。采用κ-ε模型、用有限體積

2、法進(jìn)行燃燒室內(nèi)湍流流動(dòng)模擬；忽略燃燒室內(nèi)高溫輻射傳熱；采用小火焰模型來模擬湍流燃燒，并結(jié)合詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，在反應(yīng)區(qū)的物理參量時(shí)均值引入PDF由層流小火焰庫統(tǒng)計(jì)求得；層流小火焰庫由CHEMKIN軟件包和預(yù)混火焰程序PREMIX生成，CHEMKIN提供了PREMIX計(jì)算所需的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，熱力學(xué)和輸運(yùn)參數(shù)的輸入文件，PREMIX可以對系統(tǒng)質(zhì)量守恒、能量守恒以及組分守恒方程聯(lián)立求解，模擬具有復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的層流火焰，給出流動(dòng)參數(shù)和組分濃度的分

3、布。將以上子模型耦合起來開發(fā)湍流預(yù)混燃燒過程綜合模擬程序。 采用小火焰模型對矩形突擴(kuò)燃燒室進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果給出了突擴(kuò)燃燒室內(nèi)溫度場及濃度場，中間產(chǎn)物HO濃度與實(shí)驗(yàn)值相吻合。計(jì)算出甲烷/空氣燃燒的火焰面位置，如果入口速度v≥6.5m/s，火焰面發(fā)生破碎，則小火焰模型不適用；入口速度v＜6.5m/s時(shí)，速度增大10％，火焰長度增加2.4％，入口速度對火焰長度影響不大。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，表明此模型能較好模擬湍流預(yù)混燃燒，對于