考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型研究.pdf

1、燃燒是現(xiàn)代社會(huì)獲取能量的主要方式，燃燒在工程應(yīng)用中十分廣泛，如內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，電站鍋爐等。當(dāng)前越來(lái)越多的學(xué)者使用大渦模擬來(lái)研究湍流燃燒問(wèn)題。研究表明，在實(shí)際的燃燒器中，有可能同時(shí)存在著多種模式的燃燒，同時(shí)在傳統(tǒng)的預(yù)混火焰和擴(kuò)散火焰中都存在預(yù)混和非預(yù)混燃燒。目前大部分燃燒模型都不能對(duì)此火焰進(jìn)行很好地預(yù)測(cè)和計(jì)算。針對(duì)此問(wèn)題，課題組前期提出并發(fā)展了動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型。為了進(jìn)一步完善該模型，本文在單步動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型的基礎(chǔ)上發(fā)展了應(yīng)

2、用詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的動(dòng)態(tài)二階矩模型，并將其應(yīng)用于更復(fù)雜的預(yù)混火焰和多種燃燒模式共存的非預(yù)混火焰中，驗(yàn)證了新模型對(duì)預(yù)混火焰和多種燃燒模式共存非預(yù)混火焰的適用性，研究了火焰結(jié)構(gòu)及火焰與湍流的相互作用，加深了對(duì)湍流燃燒的理解。
　　第一部分對(duì)適用于詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)。針對(duì)不同組分個(gè)數(shù)的基元反應(yīng)，對(duì)應(yīng)用詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理動(dòng)態(tài)二階矩模型的未封閉“二階項(xiàng)”輸運(yùn)方程進(jìn)行了推導(dǎo)，類比雷諾應(yīng)力模型對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行

3、了簡(jiǎn)化，采用了亞網(wǎng)格動(dòng)態(tài)格式計(jì)算未封閉項(xiàng)的系數(shù)，完善了動(dòng)態(tài)二階矩模型，為考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)二階矩模型的大渦模擬程序編寫打下了理論基礎(chǔ)。
　　第二部分研究了考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型對(duì)預(yù)混火焰預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和適用性?？紤]甲烷的多步反應(yīng)機(jī)理，將動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型應(yīng)用于甲烷貧燃預(yù)混值班火焰中，對(duì)不同入口速度的預(yù)混火焰的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和組分場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型計(jì)算結(jié)果與

4、實(shí)驗(yàn)值吻合得較好，且能很準(zhǔn)確地捕捉火焰的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明了動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型對(duì)預(yù)混火焰能進(jìn)行比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。
　　第三部分研究了考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型對(duì)多種燃燒模式共存火焰預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和適用性，分析其火焰的結(jié)構(gòu)特征?？紤]甲烷的多步反應(yīng)機(jī)理，將動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型應(yīng)用于非均勻入口的悉尼甲烷值班火焰中，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)二階矩湍流燃燒模型對(duì)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(jié)構(gòu)