甲烷/空氣高壓對沖火焰的數(shù)值模擬及非預(yù)混湍流燃燒的初步研究

【摘要】：本文以吸氣式火箭發(fā)動機(jī)和高性能燃?xì)廨啓C(jī)中的高壓燃燒現(xiàn)象為研究對象,在準(zhǔn)確考慮熱物性和傳輸物性變化的基礎(chǔ)上,建立了一套能夠準(zhǔn)確模擬高壓層流對沖火焰和非預(yù)混湍流燃燒過程的計算軟件模塊。在此基礎(chǔ)上,我們首先對甲烷／空氣的高壓層流對沖火焰進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬,深入探討了壓力和應(yīng)變率的影響。結(jié)果表明,壓力的增加會使得火焰的最高溫度上升,火焰的寬度變窄；應(yīng)變率的上升則會使得火焰的最高溫度下降,同時也會使火焰的寬度變窄；總的說來,火焰的寬度與壓力和應(yīng)變率之間呈dlogδ/dlog(p·a)≈0.500的關(guān)系；而壓力和應(yīng)變率的增加會使得總放熱速率增加,它們之間符合以下關(guān)系式：dlgQrelease/dlg(p·a≈0.518;壓力和應(yīng)變率對組分的影響較為復(fù)雜,但總的說來,壓力的增加使燃燒進(jìn)行得更為徹底,而應(yīng)變率的變化對富燃料區(qū)的組分,特別是主要污染物NO的分布,有較大的影響。我們?nèi)缓髮淄椋諝庠诟邏合碌姆穷A(yù)混湍流燃燒現(xiàn)象開展了初步的研究,探討了當(dāng)量比、壓力和入口旋流數(shù)等參數(shù)對湍流燃燒過程的影響。結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)卦黾訅毫梢蕴岣呷紵男?；在?dāng)量比為0.5-1.0時,湍流燃燒效率較好,且有助于減少污染物的排放；空氣入口旋流度的增加有助于提高燃料與空氣的混合,從而有利于火焰位置的控制,在計算參數(shù)范圍內(nèi),越高的旋流數(shù)會帶來越好的混合 【關(guān)鍵詞】：高壓燃燒 層流對沖火焰 非預(yù)混湍流燃燒 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V430
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 圖目錄7-9
• 表目錄9-10
• 目錄10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 層流對沖火焰13-15
• 1.2.1 基本介紹13
• 1.2.2 層流對沖火焰的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 非預(yù)混湍流燃燒15-21
• 1.3.1 反應(yīng)項的建模15-17
• 1.3.1.1. 渦耗散概念模型16
• 1.3.1.2. PDF輸運(yùn)方程模型16-17
• 1.3.1.3. 火焰表面密度模型17
• 1.3.2 反應(yīng)標(biāo)量方程建模17-19
• 1.3.2.1. 層流火焰面模型18-19
• 1.3.2.2. 條件動量閉合方法19
• 1.3.3 非預(yù)混湍流燃燒的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 本文工作21-22
• 第2章 數(shù)值方法22-31
• 2.1 層流對沖火焰的數(shù)值模型22-25
• 2.1.1 守恒方程22-23
• 2.1.2 邊界條件23
• 2.1.3 物性計算方法23-24
• 2.1.4 火焰面文件24-25
• 2.2 非預(yù)混湍流燃燒的數(shù)值方法25-30
• 2.2.1 物理模型25
• 2.2.2 守恒方程25-26
• 2.2.3 湍流模型26-27
• 2.2.4 燃燒-流動耦合模型27-29
• 2.2.5 邊界條件29-30
• 2.2.6 物性計算30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第3章 模型驗證31-41
• 3.1 物性計算方法的驗證31-34
• 3.2 層流對沖火焰計算模型的驗證34-37
• 3.3 非預(yù)混湍流燃燒計算模型的驗證37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 甲烷/空氣高壓層流對沖火焰的數(shù)值模擬研究41-56
• 4.1 參數(shù)設(shè)置41
• 4.2 火焰溫度和結(jié)構(gòu)41-46
• 4.2.1 壓力的影響41-43
• 4.2.2 應(yīng)變率的影響43-44
• 4.2.3 壓力和應(yīng)變率的影響44-46
• 4.3 放熱速率46-49
• 4.3.1 壓力的影響46
• 4.3.2 應(yīng)變率的影響46-47
• 4.3.3 壓力和應(yīng)變率的影響47-49
• 4.4 組分分布49-55
• 4.4.1 CO_2和CO的分布49-50
• 4.4.2 中間組分的分布50-52
• 4.4.3 NO_x的分布52-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 甲烷/空氣高壓非預(yù)混湍流燃燒的初步研究56-69
• 5.1 網(wǎng)格獨立性分析56
• 5.2 參數(shù)設(shè)置56-57
• 5.3 壓力的影響57-61
• 5.3.1 壓力對溫度分布的影響57-59
• 5.3.2 壓力對組分分布的影響59-61
• 5.4 當(dāng)量比的影響61-63
• 5.4.1 當(dāng)量比對溫度分布的影響61-62
• 5.4.2 當(dāng)量比對組分分布的影響62-63
• 5.5 周向速度的影響63-67
• 5.5.1 參數(shù)設(shè)置63-64
• 5.5.2 旋流的影響64-67
• 5.5.3 有旋流時當(dāng)量比的影響67
• 5.6 本章小結(jié)67-69
• 第6章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 研究總結(jié)69
• 6.2 研究展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-80
• 附錄A80-81
• 附錄B81-82
• 作者簡歷82

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