2003旋流燃烧NO生成的USM湍流反应模型_王方
FLUENT中组分输运及化学反应(燃烧)模拟
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
燃烧模拟
广泛应用与均相和非均相燃 烧过程模拟
燃烧炉 锅炉 加热器 燃气轮机 火箭发动机 流场流动特性及其混合特 性 温度场 组分浓度场 颗粒和污染物排放
Temperature in a gas furnace
求解内容
缺点:
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
守恒标量 (混合物分数) 模型: PDF 模型
只适应用于非预混 (扩散) 火焰燃烧 假定化学反应过程受混合速率控制
满足局部化学平衡. 控制体（计算单元）组分、物性决定于燃料和氧化剂在该处的混合程 度. 用化学平衡计算来处理化学反应 (prePDF).
i i ( f , c ) Pf ( f ) Pc ( c )dc df
00
只适合绝热系统（FLUENT V5） Import strained flame calculations
prePDF or Sandia’s OPPDIF code
Single or multiple flamelets
f=1 f=0 f=1
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计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
系统化学平衡假设
化学反应很快到达平衡. 可以考虑中间组分.
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
PDF 模拟Turbulence-Chemistry相互作用
Fluctuating mixture fraction is completely defined by its probability density function (PDF).
燃烧学burning-6湍流燃烧简介
∫
w s dT
（ ∂T )1 ∂y
=
Tm − T∞ b
=
Tm − T∞ c1x
λ T = ρ m c p ν T = ρ m c p u ′l = ρ m c p l 2
( Tm − T∞ ) 2
2 c1 x 2
u m −u ∞ b
= c 2ρ m c p xu ∞
湍流燃烧简介-(2)湍流射流扩散火焰 湍流燃烧简介-(2)湍流射流扩散火焰
基本方程
∂ ( ρ ur ) + ∂ ( ρ vr ) = 0 ∂x ∂r ρ u ∂u + ρ v ∂u = 1 ∂ ( rν T ρ ∂u ) ∂x ∂r r ∂r ∂r ∂Ys ∂Ys ∂Ys ρu + ρv = 1 ∂ ( rD T ρ )− ws ∂x ∂r r ∂r ∂r ρ uc p ∂ T + ρ vc p ∂ T = 1 ∂ ( r λ T ∂ T ) + w s Q s ∂x ∂r ∂r r ∂r ν T = D T = λ T /( c p ρ ) = cx 2 ∂ u ∂r
火焰面处 火焰温度
c p ( Tf − T2 ) − Yox ∞ Q ox Yox ∞ θf = = Yox ∞ + β − Yox ∞ Q ox Yox ∞ Q ox Tf = T2 + c p (1+ Yox ∞ / β )
湍流射流扩散火焰( 湍流射流扩散火焰(续2)
不用求解方程, 由一般分析可以证明湍流扩散火焰长度只和 管口半径及环境氧浓度有关, 和速度以及其它因素无关 火焰长度正比于管口半径 火焰长度大致和环境氧浓度成反比
Yox∞ + β + 4) Yox∞
湍流燃烧数值模拟的研究与进展
湍流燃烧数值模拟的研究与进展湍流燃烧是指在燃烧过程中，燃料与氧化剂在湍流的条件下相遇和反应。
湍流燃烧数值模拟是一种通过计算机模拟湍流燃烧过程的方法，可以提供燃烧器内部的流场和温度分布等信息，对于燃烧器的设计和优化具有重要的意义。
本文将对湍流燃烧数值模拟的研究与进展进行探讨。
首先，湍流模型的选择是湍流燃烧数值模拟的一个关键问题。
湍流现象十分复杂，需要选择适当的湍流模型来模拟湍流流动。
常用的湍流模型有雷诺平均应力模型(RANS)和大涡模拟(LES)。
RANS是一种将湍流场分为均匀部分和涡旋部分的统计方法，适用于模拟湍流较为稳定的情况；而LES则能模拟较为精细的湍流结构，但计算量较大。
根据具体问题的复杂程度和计算资源的限制，选择适当的湍流模型具有重要意义。
其次，化学反应模型的建立是湍流燃烧数值模拟的另一个关键问题。
燃烧过程中涉及到多种化学反应，需要建立合适的化学反应模型来描述燃烧反应。
常见的化学反应模型有简化化学反应模型和详细化学反应模型。
简化化学反应模型基于简化的反应机理，计算速度较快；而详细化学反应模型则基于包含大量反应步骤的反应机理，计算速度较慢但结果更精确。
根据具体问题的要求和计算资源的限制，选择适合的化学反应模型具有重要意义。
此外，边界条件的设定也是湍流燃烧数值模拟的一个关键问题。
边界条件的合理设定可以保证计算结果的准确性。
常用的边界条件有Inflow Boundary Condition、Outflow Boundary Condition、Wall Boundary Condition等。
对于湍流燃烧数值模拟，还需要考虑湍流场的边界条件，例如由湍流脉动引起的湍流输运方程中的涡粘性项的边界条件等。
最后，计算方法的选择也对湍流燃烧数值模拟的结果和计算速度有着重要的影响。
常用的计算方法有有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)等。
这些方法在计算精度和计算速度方面各有优势，需要根据具体问题的要求选择适当的方法。
湍流燃烧模型-PDF
PDF 模型概率密度函数PDF方法以随机的观点来对待湍流问题，对解决湍流化学反应流的问题具有很强的优势。
在湍流燃烧中存在一些非输运量( 如反应速率, 密度, 温度及气相体积分数等) 的湍流封闭问题。
尽管这些量没有输运方程, 但它们常常是输运变量的已知函数。
平均或者过滤高度非线性的化学反应源项会引起方程的封闭问题。
因此，用PDF的方法来解决这些非输运量的湍流封闭问题显然是一个既简单又直接的途径。
PDF方法是一种较为流行的湍流燃烧模型，能够较为精确的模拟任何详细的化学动力学过程, 适用于预混、非预混和部分预混的任何燃烧问题。
目前, 确定输运变量脉动概率密度函数的方法有输运方程和简化假定两种, 分别称之为输运方程的PDF和简化的PDF。
前者建立输运变量脉动的概率密度输运方程，通过求解该方程来获得输运变量脉动的概率分布。
后者假定输运变量脉动的概率密度函数的具体形式, 通过确定其中的一些待定参数来获得输运变量脉动的概率分布。
湍流燃烧中, 后者应用最为普遍和广泛。
在简化的PDF 中, 输运变量脉动的概率密度函数常常采用双 D 分布、截尾高斯分布和B 函数分布等形式。
PDF在理论上可以精确考虑任意详细的化学反应机理，但是其具体求解时需借助其它的模型和算法，而且计算量相对较大。
PDF的方程是由N-S方程推导而来，其中的化学反应源项是封闭的，但压力脉动梯度项以及分子粘性和分子扩散引起的PDF的分子输运项是不封闭的，需要引入模型加以封闭。
例如，在速度- 标量-湍流频率PDF中，必须采用小尺度混合模型、随机速度模型和湍流频率模型加以封闭。
模化后的输运方程难以用有限容积、有限差分和有限元等方法来求解，比较可行的一种方法是蒙特卡洛(MonteCarlo)方法,在该方法中输运方程被转化为拉格朗日(Lagrangian)方程,流体由大量遵循Lagrang ian方程的随机粒子的系统来描述, 最后对粒子作统计平均得到流场物理量和各阶统计矩。
螺旋式旋风分离器气_固两相流的数值模拟
27
用, 实验数据不易测量等因素 , 所以关于旋风分离 器的研究至今大多采用经验、 半经验方法. 本文旨在 借助 CFD 商业软件中的 F LU ENT 软件包, 对螺旋 式旋风分离器内部流场进行分析研究, 充分认识其 内部气、 固两相的分布特点, 为以后相关方面的科学 研究提供一定的理论借鉴 .
0
引言
螺旋式旋风分离器是一种已被实验证实高效、 实用、 新颖的除尘设备 , 与传统旋风分离器相比具有 体积小、 高度低、 收尘效率高、 气流阻力低和分离能 力大等优点[ 1] . 因其对颗粒物的分离、 捕集过程是一 复杂的三维、 二相湍流运动 , 并涉及到气- 固相互作
应用 [ J] . 自动化仪表 , 2004, 25( 5) : 13- 17. [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] 李发海 , 王 岩 . 电机与拖动基础 [ M ] . 北京 : 清华大 学 出版社 , 2005. 苏绍禹 . 风力发 电机设 计与运 行维 护 [ M ] . 北京 : 中 国 电力出版社 , 2002. 张国良 , 曾 静 , 柯 熙政 , 邓方 林 . 模糊 控制 及其 M at lab 应用 [ M ] . 西安 : 西安交通大学出版社 , 2002. 叶杭冶 . 风力发 电机组 的控制 技术 [ M ] . 北 京 : 机械 工 业出版社 , 2002. 姚 骏, 廖 勇 . 基 于全模糊控制器的交流励磁发电 机 励磁控制 系 统研 究 [ J] . 中 国 电 机工 程 学报 , 2007, 27 ( 33) : 36- 41. [ 7] 郭洪澈 , 郭庆鼎 . 模 糊控制在大型风力发电机并网控 制 中的应用 [ J] . 节能 , 2002, 12: 41- 43. 作者简介 : 高文元 ( 1949 - ) , 男 , 江苏无 锡人 , 高 级工程 师 ,
煤粉锅炉旋流燃烧器空气动力场的数值模拟_方月兰
煤粉锅炉旋流燃烧器空气动力场的数值模拟方月兰,林阿彪,荆有印(华北电力大学能源与动力工程学院,河北保定071003)摘 要:旋流煤粉燃烧器的气流组织情况对锅炉的稳定燃烧与安全运行都具有重要的影响,文中通过建立物理和数学模型,针对某电厂采用的中心给粉型旋流煤粉燃烧器进行了数值模拟研究,通过调整一次、二次风速和风量大小,得到不同运行工况下的速度流场和速度矢量分布,经分析各计算结果,得出各参量对流场的影响规律。
关键词:煤粉锅炉;旋流燃烧器;空气动力场;数值模拟中图分类号:TK223 文献标识码:A 文章编号:1009-3230(2007)09-0048-03 Numerical Simulation of Aerodynamic Field in the Whirl Burner of a Pulverized Coal Fired BoilerFANG Yue-lan,LI N A-biao,JI NG You-yin(School of Energy and Power Engineering,North China ElectricPower University,Baoding071003,China)Abstract:The whirl burner s air-flow organization is very important for the boiler s stable burning and safe handling.The paper through establishing physical and mathematic model and then makes a numerical simula tion of the whirl burner.Through adjusting the air speed and rate of primary air and overfired air, gets the velocity field and the distribution of velocity vector and analyses the result of the numerical simula-tion and then obtains the rule of different para meter s influence in the flo w field.Key words:Pulverized Coal Fired Boiler;whirl burner;aerodynamic field;numerical simulation0 前言燃烧器是电站锅炉的关键部分,它决定燃料着火和稳燃,它的设计和运行对锅炉的经济性和可靠性起关键的作用。
湍流燃烧模型
而分子导温
系数与分子
运动粘性成
正比，所以
ut / ul ( at / a )1/ 2
(lu / )1/ 2
( du / )1/ 2
Re1/ 2
小尺度强湍流：
ut ul Re
1/ 2
小尺度湍流情况下，湍流火焰传播速度不仅
与可燃混气的物理化学性质有关（即与ul成正比），
而取样分析得到的却是它们的平均值。
• 瞬时值不共存，而平均值共存。
• 因为可能在空间的同一个点，燃料和氧化剂出现
在不同的瞬间，这里起关键作用的是湍流脉动。
• 因此，不可能在不考虑脉动的情况下去分析湍流
扩散火焰。
• 基于这种思想，斯波尔丁在1971年提出了计算
湍流扩散火焰的k-ω-g模型，后来演变成k-ε-g模
− ,
=
. − ,
5-1-3守恒量之间的线性关系
• 通常把满足于无源守恒方程的量称为守恒量，显
然f是一个守恒量。
• 化学元素的质量分数ma、不参与化学反应的物
质(例如不考虑氮的氧化反应体系中的氮气)的质
෨
量分数是守恒量，在一定条件下滞止焓ℎ也是个
守恒量。
• 在一定的条件下，守恒量之间存在着特别简单的
一、湍流火焰的特点
湍流特性参数：
湍流尺度 l ：
在湍流中不规则运动的流体微团的平均尺寸，
或湍流微团在消失前所经过的平均距离
若 l < （层流焰面厚度）为小
尺度湍流，反之为大尺度湍流
湍流强度 ：
流体微团的平均脉动速度与主流速度之比。
u u
若 u’ > ul （层流火焰传播速度）
湍流燃烧及其数值模拟
湍流燃烧及其数值模拟研究1. 湍流燃烧1.1湍流燃烧基本概念当流动雷诺数数较小时，由于流体粘性的作用，流体呈层流流态。
当流动的特征雷诺数超过相应的临界值，流动从层流转捩到湍流。
湍流燃烧是指湍流流动中可燃气的燃烧，在能源、动力、航空和航天等工程领域,经常遇到的实际燃烧过程几乎全部都是湍流燃烧过程。
湍流燃烧实质是湍流，化学反应和传热传质等过程相耦合的结果。
湍流对燃烧的影响与湍流强度和湍流涡旋尺度有关。
小尺度湍流通过湍流扩散使火焰区内的输运效应增加，从而使化学反应速率增加。
但气流脉动不会火焰面产生皱褶，只能把火焰变成波纹状。
大尺度湍流对火焰内部结构没有影响，但使火焰阵面出现皱褶，增加其燃烧面积，造成火焰表现传播速度增加。
当湍流强度及湍流尺度均较大时，火焰前沿不再连续而分裂成四分五裂。
燃烧对湍流的影响主要表现在燃烧释放的热流流团膨胀，影响气体的密度和运动速度，从而影响当地的涡旋，湍流强度和湍流结构。
1.2湍流燃烧分类湍流燃烧按其燃料和氧化剂的初始混合状态可以分类为：湍流非预混燃烧、预混燃烧和部分预混燃烧。
在湍流非预混燃烧燃料和氧化剂事先是分离的，燃料和氧化剂一边混合一边燃烧，燃烧速率主要受湍流混合过程控制，而在湍流预混燃烧中，燃料和氧化剂在进入核心燃烧区以前已经充分混合，化学反应的速率由火焰前缘从炽热的燃烧区向冷态无反应区的传播所控制。
上面两种燃烧方式是湍流燃烧的两个极限情形，很多情况下两种燃烧模式是并存的，称为部分预混燃烧。
部分预混燃烧可出现在下列情形中叫：(1)在一个完全以非预混燃烧为配置的燃烧装置发牛了局部熄火；(2)当预混火焰前缘穿过非均匀的混气时；(3)射流非预混火焰发生抬举，其根部是一个典型的部分预混火焰。
这三种部分预混燃烧情形涉及了经常受到关注的燃烧研究话题如局部熄火、火焰稳定等，它们对研究湍流燃烧过程的机理有很大意义。
在湍流燃烧中,湍流流动过程和化学反应过程有强烈的相互关联和相互影响.湍流通过强化混合而影响着时平均化学反应速率,同时化学反应放热过程又影响着湍流,如何定量地来描述和确定这种相互作用是湍流燃烧研究的一个重要内容.湍流是非常复杂的，它包括湍流问题，湍流与燃烧的相互作用，流动参数与化学动力参数之间的耦合机理等问题。
第四讲 湍流燃烧模型(a)
是空间位置的函数，也随变量f的种类而变化．f可以是某个变量
的值，也可以是它的梯度等等．这里，f表示归一化的混合分 数．
目前求 p f 方法有三种: 1.从对湍流脉动的认识出发人为地指定一种 p f
函数p(f)的分布依赖于f中湍流脉动的本质。实际上，p(f)被 表示为一个数学函数，近似为试验中观察到的PDF形状。
m pr 1 fS
m pr 1 f m pr 1
如果 f 0 则
m fu mox 0
因此，各组分浓度的瞬时值可用一个守恒标量f来表示
(f) 不一定成立，即
实际上，上述过程之所以能消除化学反应源项，是因为快速化学反应 假设要求正、逆化学反应的速率都比湍流混合过程快，也就是说，空间 任一点上瞬时的化学组分处于化学平衡，而平衡化学反应系统的组分质 量分数是不难确定的。为了求得组分浓度及温度的时均值，还必须用到 更多的模型.
2.建立、模化并求解，以 p f 为因变量的微分方程； 3.根据ESCIMO理论计算出 p f
城墙式P(f)分布
Spalding在1970年首先提出，假定f只可能取两个值f+和f-，而不会取 其它值；若设f等于f-的时间分数是a，那么取f+的时间分数必然是(1a)．所以为确定P(f)，就必需设法求出f+，f-和a．已知条件是通过解 方程或其它途径得到了的 f 和 f 2 ,以及f+和f-都必须在合理的范围 内取值的规定．
概率密度函数
概率密度函数的概念在这里用于描述流场中的量．它认为，由于 强烈的脉动作用，湍流场中的量可看成是随机量，对这种量的描 述不是要寻找它在空间任一点的瞬时值随时间变化的严格规律， 而是给出它取某个值的可能性．概率密度函数P(f)的概念正是这 样引入的．我们定义，p(f)df表示变量f的值处于f和(f十df)之 间的概率，也可以理解为它表示f的值处于f和(f十df)之间的时 间分数．p(f)称为变量f的概率密度函数(PDF)，一般情况下P(f)
旋流预混燃烧室火焰动力学奇异谱分析研究
为原始时间序列在(S + 1 , S+2，…,S+L)时的暂态演
变权重& 0”组成的矩阵即为
TT#T,然后通
过对 均实
过 , 出 时 序列&
(4) 筛选 由于奇异值分解的特征值已经以 的 排
序，
选前V个模态 分析&引入回
型中 差+2值,+2越接近1,表明自变量对因变
量的解释越有效&
2结果与分析
2.1
极为有限&综
大
成本及 分辨率,
0.25 s计算并
据，该 时间下 分
辨率为4 Hz&
计算步骤如下：1)计算输入信号的自
谱;2)计算输入和输出的
谱;3)在拉普
上获得输入与输出的 和相 &
径响应计算公式同公式(4)类似，不同
在于P值采用奇异谱方法降解后获得的各阶 热释放 &
1.3 异谱分析
奇异谱分析 理
非 时间序列的一
24
燃气轮机技术
第34卷
旋脱落 购。
目前采用奇异谱 对火焰动力学研究较为缺
乏。本文对一个旋流 燃烧室 了大
，
通过在大
中添 口速度激励以获得热释放
应时间序列。
用奇异谱分析
并
了该序列， 了
径响应参数(激励与
热释放
的
)，以分析火焰响
应特性。 ，奇异谱模态
与动力学模态降
解(DMD) 比，以形象揭示响应特性起源。本
率均值,U为速度波动均值,!为
,G( !)和
)(!)为传递函数幅值和相位&大涡模拟先进行
o.1 s(约为燃烧室热态下10倍的流通时间),
第五章 湍流燃烧模型
grad mox
gradvj mfu mox
K
f
(mox
Sm fu
)mfu mox
Smox mf2u
m fu
mo2x
(mo x
Smfu
)mfu
mo x
式中D1表层流交换系数；S表示化学当量比；
（131）
K f B exp(E / RT )
方程（131）中第三、五、六项需进行模化，才能使其封闭。 其方法如下：
与能量的湍流扩散和颗粒的经历效应 Euler坐标系中处理气相；Lagrange坐标系中描述颗粒相 有反应颗粒相的连续介质 -- 轨道模型和考虑颗粒经历效应的多
流体模型
连续介质―轨道模型的基本方法
用多流体模型求解Euler坐标系中颗粒相的连续与动量方程， 求出颗粒速度与浓度分布，同时沿着Euler坐标系中计算得到的 轨道或流线追踪因反应和传热引起的颗粒质量和温度的变化， 使用常微分方程和代数式
一般地，组分分布需要通过求解两个以平均化学反应率为源项 和耦合的二阶非线性偏微分方程
在简单化学反应系统的假设下，通过引入如下定义的质量分
数 f 简化
f m fu mox / S
（107）
式中（m fu 及 mox 分别为燃料及氧化剂的质量分数的时均值）
就可以将确定组分质量分布转变为只需求解一个有源方程和一
如果 f 0 ，则 m fu mox 0 。
时均值 f 及其脉动均方值 g f 2 的输送方程形式分别为
(f )
t
xj
(
vj
f
)
xj
( f
f )
xj
（109）
t
(g)
xj
( vjg)
1025t_h旋流燃烧器煤粉炉降低NO_x生成的数值模拟_白涛
第30卷 第29期 中 国 电 机 工 程 学 报V ol.30 No.29 Oct.15, 2010 16 2010年10月15日 Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng.基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2008AA05Z302)。
Supported by the National High Technology Research and Development of China(863 Program) (2008AA05Z302).文章编号：0258-8013(2010) 29-0016-08 中图分类号：TK 314 文献标志码：A 学科分类号：470⋅20 1 025 t/h 旋流燃烧器煤粉炉降低NO x 生成的数值模拟白涛，郭永红，孙保民，康志忠，肖海平(电站设备状态监测与控制教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区102206)Numerical Simulation of Decreasing NO x Emission in a Swirling CombustionPulverized Coal BoilerBAI Tao, GUO Yonghong, SUN Baomin, KANG Zhizhong, XIAO Haiping(Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment(North China Electric Power University),Ministry of Education, Changping District, Beijing 102206, China) ABSTRACT: By analyzing the mechanism of NO x formation and the coal quality from practical operation in furnace, air-staged combustion was adopted to low the NO x emissions. The characteristics of the temperature, the distribution of species concentrations and NO x emissions in the furnace were numerically studied. The predicted results show that moving parts of jets of the tertiary air to the top of primary combustion zone can reduce the oxygen concentration in the primary combustion zone and decreasing the distribution of the temperature in the furnace. Incomplete combustion will result in increasing the reducing atmosphere in the primary combustion zone. It will inhibit the formation of NO x and increasing the volume of the top tertiary air can reduce the formation of NO x . The experimental results show that in the different proportion of the top tertiary air the thermal efficiency of the boiler don't have any obvious variation, the concen -tration of NO x continue decreasing, but the carbon content in fly ash is increased. Comprehensive results show that when the proportion of the top tertiary air is 70%, the concentration of NO x in the export of air preheater is reduced to 40%. It can achieve a better effect than before.KEY WORDS: boiler; low NO x ; swirling combustion; pulverized coal boiler; numerical simulation摘要：针对某电厂运行中NO x 排放量过高的问题，通过对NO x 生成机制以及电厂实际燃用煤质的分析，采用去除部分卫燃带以及将主燃区内部分三次风移至主燃区上方的空气分级燃烧技术，对炉内进行降低NO x 排放的改造。
湍流燃烧火焰面模式理论及应用
精彩摘录
精彩摘录
在燃烧科学领域，一本引人注目的著作是《湍流燃烧火焰面模式理论及应 用》。这本书以其独特的视角和深入的研究，为读者揭示了湍流燃烧的奥秘，展 示了这一复杂现象背后的科学原理和应用前景。以下是一些精彩摘录，展示了这 本书的核心内容和观点。
精彩摘录
“湍流燃烧是燃烧科学中最具挑战性的问题之一。”这句话开宗明义，点明 了湍流燃烧在燃烧科学中的地位。作者指出，湍流燃烧的复杂性和难以捉摸的特 性使得其成为研究的热点和难点。然而，通过科学的方法和深入的研究，我们可 以逐步揭开这个神秘面纱，将其转化为实际应用中的优势。
目录分析
本章主要介绍了部分预混湍流火焰面模型。首先对部分预混燃烧的基本概念 和特性进行了阐述，然后详细介绍了该模型的建立和应用。通过与前两章的模型 进行对比，突出了部分预混湍流火焰面模型的特点和优势。
目录分析
本章作为全书的结尾，对超声速燃烧的火焰面模式进行了深入的探讨。首先 介绍了超声速燃烧的基本概念和特性，然后详细介绍了超声速燃烧火焰面模式的 建模和应用。这一章将全书的内容提升到了一个新的高度，为读者提供了更加全 面的视角。
阅读感受
在介绍这些理论或模型时，作者不仅提供了详细的数学和物理推导，还附带 了大量的图表和验证算例。这些内容不仅使读者更好地理解这些理论或模型，而 且还能帮助读者学会如何将这些理论或模型应用到实际问题中。
阅读感受
在阅读这本书的过程中，我深深被作者的专业知识和深入研究所折服。他们 不仅对湍流燃烧的物理机制有深入的理解，而且还能从应用的角度出发，将这些 理论或模型与实际问题起来。这使我更加深入地理解了湍流燃烧的复杂性，以及 如何通过科学的方法来解决这一领域的难题。
阅读感受
书中首先回顾了湍流燃烧及其数值模拟的概述，这为读者提供了一个很好的 背景知识。随后，作者详细地介绍了湍流预混火焰面模型、湍流扩散火焰面模型、 部分预混湍流火焰面模型以及超声速湍流燃烧火焰面模型等核心理论或模型。这 些理论或模型不仅反映了当前的最新研究成果，而且为解决实际问题提供了有效 的工具。
高超声速三维化学非平衡流动的数值模拟
wl S lz
l =1
∮ qn ·Δ S | w = -
k T ·d S +
Γ
ns
∮ ∑ ρ Γ Di i = 1 hi
yi ·d S
2) 对壁面热流率影响较大的另一个重要的
因素是壁面剪切力的计算 ,为了使热流计算得更
精确 ,采用湍流的混合长度理论对壁面剪切力修
正. 通过对下式进行迭代 ,求得壁面剪切力
以我国升力体布局重复使用航天器为研究背 景 ,以相同头半径的球锥为模型 ,采用该飞行器轨 道点上的环境参数 ,模拟了钝头体三维化学非平 衡绕流流场 ,得到了与文献符合得较好的驻点热 流值. 分析比较了完全气体粘性流场和化学反应 气体非平衡流场的计算结果 ,讨论了化学非平衡 效应对流场气动特性的影响.
关 键 词 : 化学非平衡 ; 三维计算 ; 高超音速再入 ; TVD 格式 ; 热流 中图分类号 : V 211124 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 100125965 (2004) 0220168205
Numerical simulatio ns of hyp erso nic three2dimensio nal che mical no n2equilibrium flows
1 控制方程
笛卡尔坐标系下三维守恒 N2S 方程组的积分 形式可写成
∫ ∮ Ω 55tρi dΩ + ΓρiV ·d S =
∮ ∫ ΓρiDi
yi ·d S +
ω
Ωi
dΩ
∫ ∮ ∮ Ω
5 5t
(ρV)
dΩ
+
ρV ( V ·d S ) =
Γ
Γτn ·d S
∫ ∮ Ω 55tρEdΩ +
燃烧、传热、传质
Ｚ Ｐ ｎ Ｐ Ｎ ｅ ， Ａ． ｏ ｇ，ｔａ （ ４ Ｖ ） ． ｅ ｇ， ． ｗ Ｃ． Ｌ ｎ ｅ １ ８ ９ Ｉ
微波瓣 燃烧 器 中流 向涡混合 数 值研究 … … …… …… ……… …… …… …… …… ……… … 刘友宏 （ ５ Ⅵ） ８９
凹腔 驻涡模 型燃 烧室 内涡的演 化发 展 … ……… … ……… …… …… 樊 未军 ， 昭健 ， 孔 邢 菲 ， （ ８ Ⅵ） 等 ８８
底部 封 闭竖直 细管 内纳米 流体 的沸 腾特性 和 临界 热通量 （ 报） … …… ……… 吕伦春 ， 简 刘振 华 （ ９ Ⅵ） ８３
Ｌａ ｇｅ ｅ ｄｙ ｓ ｍｕｌｔｏ ｆ ｔ ｂｕｌｎｔｄ ｆ ｕ ｉ ｌ ｍ ｅ ｃ ｍ ｂｕ ｔｏ ｉ ｏｎ ｅ ｖ ｄ ｓ ａ ａ ｒ ｄ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｕｒ ｅ ｉｆ ｓｏｎ ｆａ ｏ ｓ ｉ ｎ ｕｓｎｇ ａ ｃ ｓ ｒ ｅ ｃ ｌ ｒ
玮， 严传 俊 ， 李 翔 ， 国强 ， 徐 蔡
强 ， （ ６ Ⅵ） 等 ８９ 毅 ， （７ Ｖ） 等 ８ ３ Ｉ
便携 式蒸 汽压缩 制冷 系统 的熵 产分 析 … ……… …… …… …… …… 钟 晓 晖 ， 张行 周 ， 玉庭 ， （ ７ Ｖ ） 吴 等 ８ ７ Ｉ 加力 燃烧 室 中缝 式稳 定器 技术 研究 …… …… …… ……… …… …… 张孝 春 ， 李江 宁 ， 兴平 ， （ ８ Ⅵ） 徐 等 ８１
直升机 旋翼桨 叶 防／ 除冰 系统 防护范 围研究 …… …… … … …… …… 常士楠 ， 刘达经 ， 修干 （ ６ Ｉ） 袁 ３ ０］ Ｉ 彬， 吉洪 湖 ， 江义军 ， （ ６ ） 等 ３ ５ Ｉ Ｈ 彬， 吉洪湖 ， 义军 （ ７ Ｈ ） 江 ３ ０ Ｉ 冲击一 散冷却 火焰 筒浮 动瓦 片三维壁 温计 算分 析 …… …… ……… … 李 发
简化的Solomon热解模型和旋流煤粉燃烧NO生成的数值模拟
简化的Solomon热解模型和旋流煤粉燃烧NO生成的数值
模拟
张宇;周力行;张健
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2003(54)9
【摘要】提出一种简化的Solomon热解模型, 用于模拟煤粉燃烧NO生成数值模拟中HCN的释放.用纯双流体模型、k-ε-kp两相湍流模型、EBU-Arrhenius燃烧模型、六热流辐射模型、双方程热解模型、简化的Solomon热解模型以及NO生成湍流反应二阶矩代数模型对旋流煤粉燃烧器内两相流动、煤粉燃烧、HCN释放以及NO生成进行了数值模拟.模拟结果与文献中实验结果的对比表明,基于简化Solomon热解模型的HCN释放模型预报结果比基于双方程热解模型的HCN释放模型预报结果好.
【总页数】5页(P1274-1278)
【作者】张宇;周力行;张健
【作者单位】清华大学工程力学系、煤的清洁燃烧国家重点实验室,北京,100084;清华大学工程力学系、煤的清洁燃烧国家重点实验室,北京,100084;清华大学工程力学系、煤的清洁燃烧国家重点实验室,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TK223.23
【相关文献】
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5.可控煤粉浓淡旋流燃烧器着火稳燃的简化模型及其在旋流回流区中的应用 [J], 刘建忠;姚强;曹欣玉;岑可法
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(固体火_箭发动机原理)两相流动力学跟踪研究毕业设计论文
摘要两相流系统应用于许多工程领域，但两相流理论目前发展还不全面，还处于发展的初期阶段。
对固体发动机而言，存在着很多有关两相流的问题，比如发动机比冲预估时要考虑两相流的损失、计算两相间的相互作用的阻力和传热时要考虑两相流的影响、热结构设计中要计及两相流动等。
因此对两相流动力学进行跟踪研究是十分必要的，以便了解两相流的发展现状，发现两相流理论和应用过程中存在的问题，找出解决两相流问题的方法，并掌握其发展方向。
本文的主要研究内容包括：（1）归纳总结了两相流的发展与研究现状，详述了两相流的发展进程以早期的研究成果。
到目前为止，两相流理论还不够完善，两相流仍处在发展的初期阶段；两相流的数值模拟研究早已是探索两相流动机理的重要手段之一；同时海内外的学者们也早已将注意力集中在两相流的相关研究上，并取得了较大的成果。
（2）概括了两相流在航空航天方面国内外的进展及最新研究成果。
在喷管方面的研究已经取得了较大的研究成果，其中两相流损失、型面的最佳设计等体现了目前的水平，但是两相流烧蚀、推进剂燃烧模型等方面仍然未作出成果。
（3）简要归纳了二相流的基本知识和基础理论，阐述了二相流的概念、分类等；介绍了颗粒相的物理特性及传热传质等相关理论；给出了两相流的基本方程；并简要叙述了二相流检测技术的相关知识，以及现有的测量技术的种类。
（4）针对固体发动机喷管有过载的两相流问题，采用有限体积方法，对喷管两相流的流场进行了数值模拟，得到了两相流流动温度、压强和马赫数的分布规律，以及加速度对推力的影响。
研究结果表明：两相流与纯气相流场压强的变化规律相同；两相流中温度高于纯气相的温度；马赫数比纯气相的稍低；模拟高空中有加速度的条件下，发动机推力随着加速度的增加而增大，但是增幅较小，只有0.2%的增量。
关键字：两相流，固体火箭发动机，两相流模型，数值模拟AbstractTwo-phase flow system is applied in many engineering fields, but the theory of two-phase flow is not comprehensive, and is still in the initial stage of development. There are a lot of questions about two-phase flow in the solid rocket motor.For example, predicting the specific impulse of the engine have to consider the two-phase flow loss, the calculation of interaction of resistance and heat transfer between two phases needs consider the influence of the two-phase flow and design of the thermal structure must consider to gauge two-phase flow.So it is necessary to study the two-phase flow dynamics, in order to understand the current situation of two-phase flow, and find the problems in two-phase flow theory and application. To find out the method of solving the two-phase flow problem and to master its developing direction.The main contents of this paper are:(1)The development of two-phase flow and the research status are summarized, and the development of two-phase flow is described in the early stage. So far, the two-phase flow theory is still not perfect, two-phase flow is still in the early stages of development; two-phase flow numerical simulation research has is to explore the mechanism of two-phase flow, the main way; at the same time scholars at home and abroad has long been the focus in the study of two-phase flow,and has made great progress.（2）The progress and latest research results of two phase flow in aviation and spaceflight were summarized. Great achievements have been made in the research on nozzle, wherein the two-phase flow loss, surface optimal design reflects the current level, but two-phase flow erosion, propellant combustion model still fails to make achievements.(3) Briefly summarizes the basic knowledge and theory of two-phase flow, expounds the definition and classification of two-phase flow; introduces the particles phase physical properties and the heat and mass transfer theory; basic equation gives the two-phase flow; and a brief description of the two-phase flow detection technology related knowledge, and the existing measurement techniques.(4)For nozzle for solid rocket motor overload of two-phase flow, the finite element method, flow field of nozzle two-phase flow was numerically simulated. The two-phase flow temperature, pressure and Mach number distribution, and effect of acceleration for thrust. The results show that the two-phase flow and pure gas phase flow pressure changes of the same; two-phase flow temperature higher than the pure gas phase temperature; Mach numbers than pure gas phase is slightly lower; simulation under high acceleration condition, the engine thrust increases with the increase of the acceleration, but the increase is small which is only 0.2% . Keywords: two-phase flow, solid rocket motor, two-phase flow model, numerical simulation目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)第一章绪论 (5)§1.1 研究背景及意义 (5)§1.2两相流研究的发展与现状 (5)§1.3本文研究内容 (7)第二章火箭发动机中两相流的国内外研究进展及最新成果 (9)§2.1国内两相流研究进展及最新成果 (9)§2.2 国外的最新研究成果 (17)第三章两相流基本理论 (20)§3.1两相流概述 (20)§3.1.1两相流概念 (20)§3.2.2 两相流动的特点及分类 (20)§3.2 颗粒相特性 (21)§3.3 两相流基本方程 (23)§3.4 两相流测量技术 (26)第四章两相流数值模拟 (27)§4.1 数值模拟步骤及方法 (27)§4.2数值模拟离散方法 (28)§4.3数值模拟的数学模型 (30)§4.4 两相流数值模拟模型 (32)§4.2.1单颗粒动力学模型 (32)§4.2.2单流体模型 (33)§4.2.3小滑移模型 (33)§4.2.4 VOF模型 (34)§4.2.5颗粒轨道模型 (34)§4.2.6 双（多）流体模型 (36)§4.5 湍流模型 (38)§4.3.1 S-A模型 (38)§4.3.2 双方程模型 (39)§4.3.4 LES模型 (40)§4.3.3 RSM模型 (41)§4.6 锥型喷管两相流数值模拟 (41)第五章结论与展望 (46)§5.1结论 (46)§5.2两相流研究展望 (46)参考文献 (48)致谢 (53)毕业小结 (54)第一章绪论§1.1 研究背景及意义伴随着现代化科技的快速进步，二相流理论的应用和发展在日常生活以及国民经济中占有越来越重要的位置,特别是伴随着石油工业的迅猛发展，原子能核电站的建设,以及生态系统日益受到人们的关注，两相流理论的研究以及在实际中的应用得到了良好地促进和发展。
粒子系太阳能反应器气固两相流与温度场特性
粒子系太阳能反应器气固两相流与温度场特性谭建宇;马云千;王富强;马兰新;王彦岩【摘要】为粒子系太阳能反应器的设计与制造提供理论指导,利用CFD方法对粒子系反应器内的流动与传热过程进行了数值模拟,建立了能够合适的描述反应器内气固两相流动与传热的数学模型.在特定的流动状态下给反应器壁面施加不同的热流得到不同的温度场特性,并对不同的流动状态和温度场进行了对比.研究结果表明:双流体模型和k-ε湍流模型能够很好的描述粒子系反应器内的流动情况;空气速度0.1 m/s、颗粒粒径0.09 mm时反应器内流动状态为环-核流动,且反应器中气固两相的环-核流动状态要优于悬浮状态;在相同热流条件下,环-核流动状态的出口温度比悬浮状态的出口温度高50 K,但是无论是哪种热流,反应器出口的空气温度随时间的增加趋于定值.%In order to provide the theoretical guidance for the design and manufacture of the solar reactor,the CFD method is used to simulate the flow and heat transfer process in the particle reactor.The gas-solid two-phase flow model and heat transfer model in the reactor are established.Under different flow conditions,different heat flow is applied to the wall of the reactor and different temperature field characteristics are obtained.On this basis,the different flow states and temperature fields are compared.The results show that:The two-fluid model and the k-ε turbulence model are well suited to describe the flow in the particle reactor.When the air velocity is 0.1 m/s and the particle size is about 0.09 mm,the flow state in the reactor is ring-core flow;The ring-core flow state of the gas-solid two-phase in the reactor is superior to the suspended state;Under the same heat flow conditions,the outlet temperature of thering-core flow state is 50 K higher than the outlet temperature of the suspended state,but no matter what kind of heat flow,the outlet temperature of the reactor tends to be constant with the increase of time.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】7页(P313-318,325)【关键词】太阳能粒子系反应器;气固两相流;粒径与空气流速;温度场特性【作者】谭建宇;马云千;王富强;马兰新;王彦岩【作者单位】哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院,山东威海264209;哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院,山东威海264209;哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院,山东威海264209;哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院,山东威海264209;哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院,山东威海264209【正文语种】中文【中图分类】TK519太阳能作为一种自然能源, 以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势[1],已被国际公认为未来最具竞争性的能源之一。