燃烧的数值模拟(赵坚行著)思维导图
斜切径向旋流器环形燃烧室数值模拟
斜切径向旋流器环形燃烧室数值模拟徐榕;程明;赵坚行;刘勇【摘要】采用三维贴体坐标系统,对包括突扩扩压器、帽罩、旋流杯、火焰筒以及内、外环通道的环形燃烧室全流程2相燃烧流场进行数值研究.采用κ-ε湍流模型、2阶矩-EBU湍流燃烧模型、6通量辐射模型和颗粒轨道模型等模拟2相湍流燃烧流动,分析了进口工况对全流程燃烧流场的影响.计算结果表明:随着进口工况的改变,燃烧室出口温度场也发生相应变化;计算结果与试验数据比较表明:所用的数学模型合理、计算方法可行,其结果可为某型燃烧室优化设计提供可靠依据.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2010(036)002【总页数】5页(P46-50)【关键词】斜切径向旋流器;环形燃烧室;PIV测量;数值模拟【作者】徐榕;程明;赵坚行;刘勇【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016;沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015;南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016;南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016【正文语种】中文1 引言旋流器是航空发动机燃烧室的主要部件之一，其性能好坏直接影响整个燃烧室的综合性能。
斜切径向旋流器（又称旋流杯）是当代航空发动机燃烧室中经常使用的双级旋流器，因具有工作性能稳定可靠、流量及旋流特性相容性好等优点，已被CFM56、F101等涡扇发动机和T700等涡轴发动机采用。
为了提高对该类旋流器设计及优化的能力，使其在现代发动机燃烧室中更好地应用，国内外学者进行了大量研究。
文献[1]利用PDPA测量旋向相反的CFM56发动机旋流杯下游液雾流场，试验研究了不同液体性质对液雾特性的影响。
但因旋流器尺寸小、内部流场由多通道流域组成，结构复杂，受测量手段限制，很难通过试验研究深入了解其内部气流的流动情况。
为此，有些学者采用数值方法模拟其内部流场，通过数值分析进一步掌握其工作原理。
如文献 [2]采用Fluent软件对CFM56发动机旋流杯火焰筒头部流场进行计算，所得结果与PDPA的测量数据符合较好。
初中化学《燃烧与燃料》单元教学设计以及思维导图
专题三，大自然中的二氧化碳，化石燃料的燃烧生成了二氧化碳， 那么二氧化碳在自然界中是怎样循环的？二氧化碳在大气中含量的 增加对环境产生怎样的影响？实验室怎样制取二氧化碳？二氧化碳 又有哪些主要性质？教材就此设计了一系列探究活动，引导学生站在 比生活经验更高的层次上，更系统地学习二氧化碳。
本单元教材特别重视根据学习内容的特点和学生的认知发展水 平，设计和精选相关图片，这些图片形象直观、内涵丰富，不仅激发 了学生阅读教材的欲望，而且增进了学生对知识的理解，发展了学生 的情感和智能。通过运用教材中的图片，培养学生获取信息并对信息 进行分析加工处理的能力。
在学习过程中主要采用实验探究、小组合作学习、自主探究的学 习方法。
主题单元规划思维导图
主题单元学习目标
知识与技能： （1）知道燃烧、爆炸、缓慢氧化的条件和灭火的原理及防火、急救 措施； （2）了解化石燃料，加深化石燃料的燃烧对空气、环境造成的污染 及控制的知识，认识资源综合利用和新能源开发的重要意义； （3）会制取二氧化碳，理解二氧化碳的性质及用途，并会运用解决 与化学有关的一些简单的实际问题。
（2 课时）
专题二：化石燃料的利用
（2 课时）
专题三：大自然中的二氧化碳 （2 课
时）
其中，专题一中“燃烧的条件”与“灭火的原
理”、专题三中的“二氧化碳的制取与性质“将通
过学生小组合作的形式进行探究性学习。
专题一
第一节 燃烧与灭火
所需课时
课内共用 2 课时，课外共用 1 课时
专题学习目标
知识与技能 （1）了解燃烧的条件义 （2）知道促进可燃物燃烧的方法，知道发生爆炸的原因及预防爆炸 的措施 （3）知道可燃性气体的使用规则
对应课标
新课标规定了学习本单元所要达到的最基本的学习要求： 1.认识燃料完全燃烧的重要性，了解使用氢气、天然气（或沼气）、 液化石油气、煤气、酒精、汽油和煤等燃料对环境的影响，懂得选择 对环境污染较小的燃料。 2.认识燃烧、缓慢氧化和爆炸发生的条件，了解防火灭火、防范爆炸 的措施。 3.知道化石燃料（煤、石油、天然气）是人类社会重要的自然资源， 了解海洋中蕴藏着丰富的资源。 4.知道石油是由多种有机物组成的混合物，了解石油通过炼制可以得 到液化石油气、汽油、煤油等产品。 5.了解我国能源与资源短缺的国情，认识资源综合利用和新能源开发 的重要意义。 6.了解自然界中的碳循环。 7.能结合实例说明二氧化碳的主要性质和用途。 8.初步学习二氧化碳的实验室制取方法。
1 燃烧过程数值模拟的研究内容和方法
燃烧过程数值模拟的发展阶段
1.创始期 (1965 – 1974)
交错网络的提出：1965年由美国科学家Harlow/Welch提出，解决了 速度与压力存放在同一网格上出现的不合理压力场问题。 对流项差分迎风格式的确认：对流项若采用中心差分格式，当流速较 高时计算会出现振荡。 第一本介绍CFD/NHT的杂志 “J of Comput. Phy. ”创刊(1966) Patankar与Spalding发表了求解抛物型流动的P-S方法(1967)：在P-S 方法中，把x-y平面上的计算区域（边界层）转换到x-w平面上(w为无 量纲流函数)，从而不论在边界层的超始段还是在其后的发展段，所 设置的计算节点均可落在边界层范围内。
3. 蓬勃发展期 (1985 )
前后处理软件迅速发展: 前处理 网格生成技术； 后处理 计算结果的绘图或可视化，如GRAPHER, GRAPH TOOL, IDEAS, PATRAN, ICEM-CFD等。 计算机的发展促进了并行算法及湍流直接模拟(DNS)与大涡模拟(LES) 的发展 PC机成为CFD/NHT研究中的一个重要工具 PC机价格低廉，换代容易； 编译软件突破了初期DOS对内存640K的限制； 不少大型商用软件(如PHEONICS,FLUENT等)都开发了PC机版本。
一批有关CFD/NHT的新教材与参考书及期刊出版或创刊 的新教材与参考书及期刊出版或创刊: 一批有关 的新教材与参考书及期刊出版或创刊 国外如： Anderson D A et al., Computational fluid mechanics and heat transfer, Washington: Hemisphere. 2nd ed. 1997 Minkowycz W J, Sparrow E M eds. Advances in numerical heat transfer. New York: Taylor & Francis, Vol.1, 1997 国内如： 岑可法，樊建人，工程气固多相流动的理论及计算，杭州：浙江大学 出版社，1990 范维澄，万跃鹏，流动及燃烧的模型与计算，合肥：中国科学技术大 学出版社，1992 周力行，湍流气固两相流动和燃烧的理论与数值模拟，陈文芳，林文 漪译，北京：科学出版社，1994
第七单元燃烧及其利用思维导图复习课
第七单元燃烧及其利用复习课一、本单元知识网络：三大化石燃料：、、天然气。
其中，天然气的主要成分，燃烧的化学方程式为：。
乙醇，俗称，化学式：，燃烧化学方程式：。
绿色能源新能源：、、、地热能、潮汐能等。
定义：燃料与能源氢气：化学式：，燃烧产物是水，无污染，是最理想的能源。
燃烧和灭火燃烧化学反应中的能量变化（主要体现为热量）易燃、易爆安全知识放热反应爆炸有限空间灭火原理三者同时具备缺一不可条件常见易爆物可燃性气体：、、等破坏任一燃烧条件急剧燃烧可燃性粉尘：、等吸热反应粉尘大气污染有害气体：、、等。
污染环境污染水污染污染污染土壤污染温室效应：大量燃烧，大气中的含量过高引起的。
【巩固练习】1、下列物质属于最清洁的能源是( )A.煤B.氢气C.可燃冰D.石油2、下列能源中，属于可再生能源的是（）A.天然气B.酒精C.石油D.煤3、用灯帽盖灭酒精灯的原理是（）A.清除可燃物B.降低酒精的着火点C.隔绝空气D.降低温度至酒精的着火点以下4、用嘴吹灭燃着的生日蜡烛，利用的主要灭火原理是（）A．隔绝空气B．降低可燃物的着火点C．清除可燃物D．使可燃物温度降到着火点以下5、恰当的安全措施能减少生命财产损失。
下列事故处理措施正确的是（）A．油锅着火，立即盖上锅盖B．电器着火，立即用水扑灭C．高层住房内着火，立即打开所有门窗D．煤气泄露，立即打开排气扇的电源开关6、下列处理事故的方法中不正确的是（）A．电器着火，迅速切断电源B．室内起火，迅速打开所有门窗通风C．厨房煤气管道漏气，迅速关闭阀门并开窗通风D．洒在实验桌上的少量酒精着火，迅速用湿布盖灭7、江门日报：“一民居因厨房窗户紧闭，一家四口深夜煤气中毒，幸好被及时抢救，均脱离危险”。
下列有关叙述正确的是（）A．引起煤气中毒的主要成分是CO2B．为了便于及时发现煤气泄漏，煤气厂常在家用煤气中掺入微量具有难闻气味的气体C．冬天用煤炉取暖时，为了防止冷空气进入，应关闭门窗D．在煤炉旁放一盆冷水，可以防止煤气中毒8、阻燃剂氢氧化铝受热分解时吸收热量，同时生成耐高温的氧化铝和水蒸气，起到防火作用．下列关于该阻燃剂防火原因的叙述中错误的是（）A. 反应吸热，降低了可燃物的着火点B. 生成氧化铝覆盖在可燃物表面，隔绝空气C. 生成大量水蒸气，降低可燃物周围氧气浓度D. 反应能够降低温度，可燃物不易达到着火点9、酒精灯的火焰太小时，将灯芯拔得松散些，可使火焰更旺。
RNG+k-ε模型数值模拟油雾燃烧流场
收稿日期:2004-10-24;修订日期:2005-01-29作者简介:郭尚群(1978-) 女 贵州人 南京航空航天大学能源与动力学院硕士生 主要从事航空发动机燃烧方面的研究.第20卷第5期2005年10月航空动力学报Journal of Aerospace PowerVol.20No.5:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ct.2005文章编号:1000-8055(2005)05-0807-06RNG k -E 模型数值模拟油雾燃烧流场郭尚群 赵坚行(南京航空航天大学能源与动力学院 江苏南京210016)摘要:采用RNG (Renormalization Group )k -E 紊流模型对某环形燃烧室火焰筒内三维两相燃烧流场进行数值模拟0运用偏微分方程法和区域法生成贴体网格 EBU -Arrhenius 紊流燃烧模型估算化学反应速率 六通量热辐射模型估算辐射通量0在非交错网格下求解气相采用SIMPLE 算法 液相采用颗粒轨道模型和PSIC 算法0近壁区处理分别采用两层和三层壁面函数0计算数据与试验值比较表明 采用三层壁面函数的RNG k -E 模型更适用于模拟三维两相燃烧流场0关键词:航空,航天推进系统;RNG k -E 模型;三维两相燃烧;数值模拟;贴体网格;三层壁面函数中图分类号:V 231.2文献标识码:ANumerical Simulation of Three -DimensionalSpray combustion Flow Field by RNG k -E Turbulent modelGU Shang -gun ZHA Jian -xing(College o f Energ y an d Po w er EngineeringNan j ing Uni V ersit y o f Aeronautics an d Astronautics Nan j ing 210016 China )Abstract :RNG (Renormalization Group )k -E tur b ulent mo d el w as applie d to the numerical simulation o f the three -d imensional t w o -phase com b ustion f lo w f iel d in an annular com b ustor .A b o dy -f itte d gri d w as generate d by an elliptical gri d generation proce d ure an d the zone metho d .EBU -Arrhenius com b ustion mo d el w as use d to d etermine the rate o f reaction an d six -f lux ra d iation mo d el w as use d to pre d ict the d istri b ution o f the heat f lux .SIMPLE algorithm w ith the 3-D non -staggere d gri d s y stem w as emplo y e d to sol V e the go V erning eguations .T he ligui d phase eguations w ere sol V e d w ith the particle tra j ector y mo d el an d the PSIC algorithm .T he three -la y er an d t w o -la y er w all f unction w ere applie d to pre d iction o f f lo w in the near w all region .Computations are in f airl y goo d agreement w ith experiments .T he comparison in d icates that RNG k -E tur b ulent mo d el w ith three -la y er w all f unction is more relia b le f or mo d eling 3-D spra y com b ustion f lo w f iel d .K ey words :aerospace propulsion s y stem ;RNG k -E tur b ulence mo d el ;three -d imensional t w o -phase com b ustion f lo w f iel d ;numerical simulation ;b o dy -f itte d gri d ;three -la y er w all f unction多年来k-E紊流模型以其形式简单~使用方便等优点被广泛应用于科学和工程领域中的紊流问题O但是许多计算值与实验数据比较表明k-E模型适用于射流~管流~自由剪切流以及弱旋流等简单的紊流流动而不太适用于强旋流~回流及曲壁边界层等复杂紊流流动[1]O其原因:一是它的模型系数是从简单紊流流动中得到的对于一些复杂紊流流动不太适合;二是该模型是根据Boussinesg的各向同性涡旋粘性假设建立的实际上紊流粘性不是一种流体性质而是随流动变化是各向异性的O为了扩大k-E模型的使用范围许多学者提出了各种改进形式O其中Yakhot和Orszag[2]在紊流问题中引入重整化群理论(Renormalization Group缩写RNG)将非稳态Navier-Stokes方程对一个平衡态作Gauss统计展开通过频谱分析消去其中的小尺度涡并将其影响归并到涡粘性中从而改善了对耗散率E的模拟O该模型在形式上与标准k-E模型完全一样不同之处在于E方程中5个模型系数的取值O由于RNG k-E模型考虑了非平衡流对紊流的影响改进了对复杂紊流问题的预测效果因而受到越来越广泛的重视O1数学模型1.1RNG k-6紊流模型RNG k-E模型是基于重整化群理论把紊流视为受随机力驱动的输运过程通过频谱分析消去其中的小尺度涡并将其影响归并到涡粘性中从而得到所需尺度上的输运方程O模型中各模型系数是利用RNG理论推导出来的具有一定的通用性O在高雷诺数时RNG模型的紊流动能k及其耗散率E的输运方程形式为:H(0~z k) H x z =G k-0E+HH x zu T6kH kH x z(1)H(0~z E) H x z =C E1EkG k-C E10E2k+HH x zu T6EH EH x z(2)式中紊流涡旋粘性系数uT:u T=C u0E2 k紊流动能产生项Gk:G k=2u T S zj S zj时均应变率Szj:S zj=H~z/H x j+H~j/H~z25个模型系数为[3]:C u=0.085C E1=1.42-7(1-7/70)/(1+B73)C E2=1.686k=0.71796E=0.7179其中:7=Sk/E S=(2S z j S z j)1/270=4.38B=0.015耗散率E方程源项系数CE1中引入了一个附加产生项该项主要是考虑流动中的不平衡应变率能及时反映主流流动情况对具有大应变率的流动~具有强曲率影响和壁面约束的紊流分离流动都起着重要的作用[4]O由于该模型在一定程度上考虑了紊流的各向异性效应间接改善了对E模拟增强了对较复杂紊流(旋流等)流动的预测能力研究表明同时采用RNG k-E模型与3层壁面函数可得到更为合理的计算结果[3]O1.2紊流燃烧模型~两相燃烧模型~辐射模型(1)为了同时考虑紊流和化学动力因素对化学反应速率的影响本文采用EBU-Arrhenius紊流燃烧模型O按该模型化学反应速率可由下式表示:R fu=-min(R fu1R fu2)(3)其中:R fu1=-C R g1/20E/kR fu2=-A002m fu m ox exp(-E/RT)(2)本文采用颗粒群轨道模型求解油珠运动轨迹以及其沿轨道的质量~速度和温度的变化历程O对气液两相之间的耦合采用SIC法O在圆柱坐标系下油滴运动方程为[7]:d~pdt=-1/r d(~p-~g)d z pdt=-1/r d(z p-z g)+z2p/v pd z pdt=-1/r d(z p-z g)-z p z p/v\p(4)式中:~p z p z p和~g z g z g分别为油滴和气相速度分量rd为颗粒驰豫时间O对于蒸发的油滴其直径随时间变化的速率由下列蒸发方程求得:d D p/dt=-C D/2D p(1+0.23R e0.5)(5)808航空动力学报第20卷其中:CD=8/g ln 1+C pg(T g-T c)/Lp p C pg为蒸发率常数,pp,T c,L 分别为液相密度~沸点温度和汽化潜热,Dp 为油滴直径,Re为油滴相对雷诺数,Cpg为气相比热G油滴达到沸点之前被周围高温气体加热,其温度随时间变化率为:dT p/dz=6/g(2+O.6Re1/2P11/3)(T g-T p)/(p p D2p C pp)(6)其中:油滴比热为Cpp=84O.5+4.137T p,T p为油滴温度G(3)本文采用六通量法热辐射模型[1]来估算辐射通量:d dI1c+SdR IdI=c(R I-E Z)+S3(2R I-R1-R)1 1dd11c+S+1/1dR1d1=c(R I-E Z)+S3(2R1-R I-R)1 1dd11c+SdR1d=c(R I-E Z)+S3(2R-R I-R1>W,)(7)其中:RI,R1和R分别为I,1和方向净辐射通量,c为吸收系数,由下列经验公式确定:c=O.2m fu+O.1m pr式中:S为散射系数,本文取O.O1G2曲线坐标系下控制方程2.1气相控制方程设(I,1,)为圆柱坐标,(E,y,C)为任意曲线坐标,两组坐标的雅可比行列式J=8(I,1,)/8 (E,y,C),经坐标变换后,在任意曲线坐标系(E,y, C)下气相控制方程的通用形式为[1]:8 8E (pU )+88y(pU )+88C(pW )= 88E1J (g11E+g12y+g13C[])+88y1J (g21E+g22y+g23C[])+88C1J (g31E+g32y+g33C[])+1JS+S c (8)变量分别为速度z,U和z,紊流动能k和紊流动能耗散率E,焓h,混合分数f,燃油浓度mfu,燃油浓度脉动均方值g,辐射通量RI,R1和R,为各变量的输运系数,S为气相场自身源项,Sc为油滴蒸发产生的源项G U,V和W为任意曲线坐标系(E,y,C)下的速度,gzj为协变度量张量,其具体含义详见文献[1,6],控制方程中变量k,E,RI,R1和R方程的源项分别为:k方程的源项1JS k为:1(G k-pE)E方程的源项1JS E为:1E(C E1G k-C E2pE)/kR I方程的源项1JS I为:-1c(R1-E Z)+(2R1-R I-R)/3R1方程的源项1JS1为:-1c(R1-E Z)+(2R1-R I-R)/3R方程的源项1JS为:-1c(R-E Z)+(2R-R I-R1)/3其他变量方程的源项见文献[6],k方程的产生项Gk为:G k=e/J2{2[(A11z E+A12z y+A13z C)2+(A21U E+A22U y+A23U C)2+(A31z E+A32z y+A33z C+JU)2/12]+(A21z E+A22z y+A23z C+A11U E+A12U y+A13U C)2+[A11z E+A12z y+A13z C+(A31z E+A32z y+A33z C)/1]2+[(A31U E+A32U y+A33U C)/1+A21z E+A22z y+A23z C-Jz/1]2 2.2液相基本方程在曲线坐标系(E,y,C)下,油滴在各方向上的运动速度为:U c=dEdz,V c=dydz,W c=dCdz(9)经过坐标变换,在曲线坐标系下油滴运动方程可写为:9O8第5期郭尚群等:RNG k-E模型数值模拟油雾燃烧流场dU c/dt=-(U c-U g)/Z c1w2c/1c-G z c w c/11cdV c/dt=-(U c-U g)/Z c71w2c/1c-7G z c w c/11cdW c/dt=-(W c-W g)/Z c Z1w2c/1c-Z G z c w c/11c(10)运用4阶Runge-Kutta方程求解方程(10)得到油滴速度U V和W按式(9)可求得计算区域内油滴运动轨迹再由逆变换确定油滴在物理平面上的位置(1G),3边界条件处理进口边界条件2本文进口流量分配是给定的主流速度由流量\进口面积和气流密度确定9主燃孔\掺混孔及气膜冷却孔的进气速度均按要求给定9紊流动能及其耗散率均是按经验公式给定2in=0.03u2in E in=3/2in 0.005其中2为计算区域的特征尺寸,出口边界条件2令各变量法向梯度为零9利用流量连续对速度和压力进行修正,周期边界条件2由于圆周边界条件周期性重复出现所以令周期位置上变量值相即2G1=G n G n 1=G24壁面函数处理由于近壁区速度梯度较大为了避免由于采用细网格分布而增加计算工作量的问题通常采用壁面函数作为固壁的边界条件,目前大都采用2层壁面函数来计算近壁区域流动,按照壁面函数方法壁面的切应力可以写为2Z w=UV tn11.63Z w=V t1/2C1/2U Xln(E )11.63(11)式中2为靠近壁面的节点n为点到壁面的垂直距离Vt为切向速度分量,=1/2C1/2U n/UX=0.4187E=9.793但Amano[5]认为采用3层壁面函数比2层壁面函数更为合理,所谓3层壁面函数其基本原理是把近壁第一个内节点与壁面之间的距离分为粘性底层和缓冲层2部分规定粘性底层的范围是0<<5 缓冲层为5<<30,对每一个区域内的E和Z的分布均给出假设于是可积分求出控制容积中和E方程的产生项和耗散项并用这些数据来求解控制容积的和E方程[4],u=5-3.055ln5<305.5 2.5ln30(12)其中2u=u/uZ u Z是近壁面处由于壁面剪切应力Z w作用所产生的摩擦速度[3],P点的紊流动能和紊流动能耗散率为2=Z wC1/2UE=C3/4U3/2K n本文在固体壁面上给定速度\紊流参数\组分等为0 在近壁区域处理分别采用3层壁面函数和两层壁面函数,通过流场计算研究不同壁面函数对近壁区流动的影响,5计算结果与分析本文研究对象为环形燃烧室火焰筒内部流场该火焰筒为环形周向均布28个头部每个头部装有一个涡流器涡流器通过转接段与后端火焰筒相连接,火焰筒内外环上分别开有一排主燃孔和两排掺混孔火焰筒内外环壁面上分别开有17和15排气膜冷却孔,考虑燃烧室结构周向变化具有周期性因此本文只研究一个头部的扇形区域它是由一个头部\转接段和火焰筒体3部分构成,为了保证网格分布的合理性网格生成采用采用偏微分方程法和区域法生成三维贴体网格[1]即分别生成火焰筒头部和火焰筒体网格然图1计算区域三维贴体网格Fig.1Three-dimensional body-fitted grid ofcalculated domain018航空动力学报第20卷后将其合并为一个整体计算区域网格(见图1)总的网格数为Z O7>4Z>6Z其两相燃烧流场计算的部分结果如图Z~图9所示其中图Z为通过旋流器中心轴线的纵剖面(k=3O)上的速度分布图由图可知在火焰筒头部有明显的回流区它起始于头部进气段结束于主燃孔位置附近另外还可看出火焰筒后半段上下壁面掺混孔进气后流场情况图3为通过主燃孔和掺混孔的纵剖面(k=3Z)的温度分布图由图可知主燃孔进气为主燃区提供了氧气因此主燃区气流温度最高;掺混孔进气主要与高温燃气掺混降低燃气温度使得出口温度分布符合设计要求图Z燃烧室k=3O截面速度矢量分布图Fig.Z Velocity vector distribution at k=3O section图3燃烧室k=5Z截面温度分布图Fig.3Temperature distribution at k=5Z section图4燃烧室k=31截面燃油分布图Fig.4Fuel distribution at k=31section图4为通过主燃孔和掺混孔的纵剖面(k=31)的燃油浓度分布由图可知在火焰筒主燃区存在未烧完的燃油但随着轴向距离增加燃烧时间延长燃油逐渐烧完图5和图6分别为轴向位置通过掺混孔(1=1Z8)时横剖面速度和温度分布由图5可知从掺混孔进入射流大部分顺流而下与高温燃气掺混而少部分在柱状射流后面形成旋涡图5燃烧室1=1Z8截面速度矢量分布图Fig.5Velocity profiles at1=1Z8section图6燃烧室1=1Z8截面温度分布图Fig.6Temperature profiles at1=1Z8section图7和图8分别出口截面上速度和温度周向不均匀系数TPF[8]径向分布情况可以看出不同壁面函数对出口温度周向不均匀系数TPF径向分布的影响要比对出口速度径向分布影响要大些计算结果与实验数据比较表明:3层壁面函数得到的温度TPF径向分布要比两层壁面函数更为合理Z层与和3层壁面函数对外环壁面温度轴向118第5期郭尚群等:RNG k-模型数值模拟油雾燃烧流场图7出口速度径向分布Fig.7Velocity radial profiles at rhe exit图8出口温度TPF系数TPF分布Fig.8Temperature radial profiles at the exit图9外环壁面温度轴向分布图Fig.9Axial profiles of outer annular Wall temperature in the flame tube 分布的影响如图9所示由图可明显看出由于3层壁面函数加强了RNG k E模型对近壁面上紊流流动的处理使所得的壁面温度分布沿轴向幅值变化均匀6结论本文在三维非交错网格贴体坐标系统下采用RNG k E模型计算环形燃烧室两相反应流流场同时数值分析Z层和3层壁面函数对近壁流动的影响计算结果表明RNG k E紊流模型对复杂区域紊流流动的预测效果更为合理提高了数值模拟的精度由于3层壁面函数加强对近壁面流体流动的模拟使计算值得到进一步改进本计算方法预测的结果可为燃烧室优化设计和研制提供了有用的参考依据参考文献:[l]赵坚行.燃烧的数值模拟[M].北京:科学出版社Z OOZ. [Z]Yakhot V Orzag s A.Renormalization Group Analysis of Turbulence:Basic Theory[J]put.l986 l:3~5.[3]speziale C G Thangam s.Analysis of an RNG BasedTurbulence Model for separated FloWs[J].Int.J.Engng.Sci.l99Z3O(l O):l379~l388.[4]陈庆光徐忠张永建.RNG k E模式在工程紊流数值计算中的应用[J].力学季刊Z OO3 Z4(l):88~95.Chen G G Xu Z Zhang Y J.Application of RNG k EModels in Numerical simulations of engineering TurbulentFloWs[J].Chinese@uc1te1l}Mechcncs Z OO3 Z4(l):88~95.[5]Amano R s.Development of a Turbulent Near wall Modeland its Application to separated and Reattached FloWs[J].Nume1. ect1cns e1l984 7:59~75.[6]雷雨冰.数值模拟环形燃烧室整体流场[D].江苏南京:南京航空航天大学Z OOO.[7]雷雨冰.数值模拟环形燃烧室两相反应流场[J].燃烧科学与技术Z OOO 6(3):Z Z Z~Z Z5.L ei Y B Tan H P Zhao J X.Numerical simulation ofThree Dimensional spray Combustion in a Gas TurbineCombustor[J].Jou1ncl o Com乙ustion Science cn dechnolog}Z OOO 6(3):Z Z Z~Z Z5.[8]金如山.航空燃气轮机燃烧室[M].北京:宇航出版社l985.Z l8航空动力学报第Z O一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一卷RNG k-ε模型数值模拟油雾燃烧流场作者：郭尚群， 赵坚行， GUO Shang-qun， ZHAO Jian-xing作者单位：南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016刊名：航空动力学报英文刊名：JOURNAL OF AEROSPACE POWER年，卷(期)：2005,20(5)被引用次数：7次参考文献(8条)1.赵坚行燃烧的数值模拟 20022.Yakhot V;Orzag S A Renormalization Group Analysis of Turbulence:Basic Theory 19863.Speziale C G;Thangam S Analysis of an RNG Based Turbulence Model for Separated Flows[外文期刊] 1992(10)4.陈庆光;徐忠;张永建RNG k-ε模式在工程紊流数值计算中的应用[期刊论文]-力学季刊 2003(01)5.Amano R S Development of a Turbulent Near Wall Model and its Application to Separated and Reattached Flows 19846.雷雨冰数值模拟环形燃烧室整体流场 20007.雷雨冰数值模拟环形燃烧室两相反应流场[期刊论文]-燃烧科学与技术 2000(03)8.金如山航空燃气轮机燃烧室 1985本文读者也读过(5条)1.马贵阳.解茂昭用RNG k-ε模型计算内燃机缸内湍流流动[期刊论文]-燃烧科学与技术2002,8(2)2.徐英.郑建生.杨会峰.吴经纬.李刚.李巧真.XU Ying.ZHENG Jian-sheng.YANG Hui-feng.WU Jing-wei. LI Gang.LI Qiao-zhen基于RNG k-ε模型的内锥流量计气体流出系数预测[期刊论文]-天津大学学报2007,40(10)3.党新宪.赵坚行.吉洪湖.DANG Xin-xian.ZHAO Jian-xing.JI Hong-hu双旋流器燃烧室NOx生成研究[期刊论文]-航空动力学报2008,23(3)4.颜应文.赵坚行.张靖周.刘勇.YAN Ying-wen.ZHAO Jian-xing.ZHANG Jing-zhou.LIU Yong环形燃烧室两相喷雾燃烧的大涡模拟[期刊论文]-航空动力学报2006,21(5)5.胡好生.蔡文祥.赵坚行.吉洪湖.HU Hao-sheng.CAI Wen-xiang.ZHAO Jian-xing.JI Honghu回流燃烧室燃烧过程的三维数值模拟[期刊论文]-航空动力学报2008,23(3)引证文献(7条)1.蔡文祥.赵坚行.胡好生.武晓松数值研究环形回流燃烧室紊流燃烧流场[期刊论文]-航空动力学报2010(5)2.马朝臣.霍学敏.张强一种拓宽微型单管燃烧室流量范围的调节装置[期刊论文]-北京理工大学学报2011(6)3.蔡文祥.赵坚行.胡好生.武晓松环形燃烧室冷态流场数值模拟中的数学方法[期刊论文]-航空动力学报2010(4)4.刘红.解茂昭.王德庆机械搅拌流场中制备闭孔泡沫铝过程的数值模拟[期刊论文]-过程工程学报 2007(1)5.蔡文祥.赵坚行.胡好生.党新宪.武晓松燃烧室贫油熄火极限数值预测[期刊论文]-航空动力学报 2010(7)6.胡好生.蔡文祥.赵坚行.吉洪湖回流燃烧室燃烧过程的三维数值模拟[期刊论文]-航空动力学报 2008(3)7.陈翼.张林进.叶旭初射流混合器内气体湍流扩散过程的CFD数值模拟与实验研究[期刊论文]-过程工程学报 2007(5)本文链接：/Periodical_hkdlxb200505018.aspx。
思维导图++技术实务
第一篇消防基础知识考点1燃烧基础知识燃烧的发生和发展的三个必要条件：可燃物、助燃物(氧化剂)和引火源(温度)。
三个条件必须同时具备，燃烧就会发生。
受抑制的自由基作中间体即链式反应自由基的存在，是持续燃烧的充分条件。
气体燃烧：根据燃烧前与氧混合状况不同，分为扩散燃烧和预混燃烧。
液体燃烧：可燃液态烃类燃烧时，产生橘色火焰并散发浓密黑色烟云；醇类燃烧时，产生蓝色透明火焰，几乎不产生烟雾；某些醚类燃烧时，液体表面有明显沸腾状。
在含有水分、粘度较大的重质石油产品，燃烧时，沸腾的水蒸气带着燃烧的油向空中飞溅，这种现象称为沸扬(沸溢和喷溅)。
闪点是指易燃或可燃液体表面产生闪燃的最低温度。
固体燃烧：1.蒸发燃烧是(硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香)等受火源加热先熔融蒸发，随后蒸气与氧气发生燃烧反应。
2.表面燃烧是(木炭、焦炭、铁、铜)一种无火焰燃烧，有时又称异相燃烧。
3.分解燃烧：可燃固体(木材、煤、合成塑料、钙塑材料)分解岀的可燃挥发分的燃烧。
4.熏烟燃烧是(纸张、锯末、纤维织物、胶乳橡胶)只冒烟无火焰，也叫阴燃。
5.动力燃烧是可燃固体或其分解析岀的可燃挥发分遇火源所发生的爆炸式燃烧，主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰燃等几种情形。
考点2火灾基础知识按照燃烧对象的性质分类：A 类火灾：固体物质火灾。
B 类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾。
C 类火灾：气体火灾。
D 类火灾：金属火灾。
E 类火灾：带电火灾。
F 类火灾：烹饪器具内的烹饪物(如动植物油脂)火灾。
根据火灾事故所造成的灾害损失程度分类：①特别重大火灾：30人以上死亡，或者100人以上重伤，或者1亿元以上直接财产损失的火灾。
②重大火灾：10人以上30人以下死亡，或者50人以上10人以下重伤，或者5000万元以上1亿元以下直接财产损失的火灾。
③较大火灾：3人以上10人以下死亡，或者10人以上50人以下重伤，或者1000元以上5000万元以下直接财产损失的火灾。
④一般火灾：3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1000万元以下直接财产损失的火灾。
初中化学《燃烧和灭火》单元教学设计以及思维导图
的生活中占据着很重要的地位，那么火
是怎样产生的呢？下面我们就来研究这
个问题———《燃烧和灭火》。
学习过程
1. 思考、猜想、回
1. 提问：物质的燃烧需要条件吗？ 答
2. 实验探究一：播放《燃烧的条件》 2. 观看视 频并 讨
视频
论回答图像下面的问
题
3. 实验探究二：播放《燃烧条件的 3. 观看视 频并 讨
属课标中的第五部分《化学与社会发展》中的化学与能源和资源的利 用。 单元的主要学习方式和预期的学习成果：采用引导探究法和多媒体辅 助教学法从学生已有的经验出发，让学生从生产、生活实际中发现和 提出问题，通过实验探究得到结论。同时创造条件让学生亲自完成燃 烧条件的探究、灭火的方法等实验。以培养学生的实验操作技能，使 学生在实验中发展学习的兴趣，体验科学探究的过程。在“做科学” 的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力。
评价要 点
资源，联系生活实际等手段来帮助学生学习理解物质燃烧 的条件和灭火的原理等有关知识，并且通过活动与探究实 验，让学生亲自动手，体验科学探究的过程，同时学生还
要对获得的事实进行讨论分析，然后得出结论，提高学生
对获取信息进行处理和加工的能力及分析解决问题的能
力。
探究》视频
论回答图像下面的问
题
4. 学以致用：投影习题
4. 交流、讨论、回
5. 交流讨论：什么是燃烧的概念并 答
投影
5. 交流、讨论、回
6. 讲述：任何事物都具有两面性， 答
火也不例外，请看大屏幕《火灾危害》 6．思考、感悟
7. 过度导入：可见火灾危害之大，
我们必须想法消灭它们。根据燃烧的条 7. 分组实验并讨论、
16.课后完成
双级径向旋流器燃烧性能的数值研究
烧 室头 部设 计 要求 ， 因此 常 被 一 些 先 进 发 动机 燃 烧 室采 用 。针 对 旋 流 器 的 工作 特 性 ， 内外 不 少 国
学 者对 旋 流器 的功 用及 其对 燃烧 室燃 烧性 能 的影 响做 了大 量 的研 究 。Ｗｏ ｄ ｎｅ ｏ ｍａ ｓｅ等应 用激 光 多
稳 定 ；２ 高 速 旋 转 射 流 增 加 了 气 流 与 油 滴 的相 （）
本文 结合 双级 径 向旋 流器 的流 动特性 和 文献
旋 流器 外径 Ｄ
出 口喉道外 径 Ｄ
旋 流器 进 口叶片宽度
旋 流器 内径 ｄ 出 口喉道 内径 ｄ
旋 流 器 叶片个数 Ⅳ
叶片 喉道 面积 Ａ
出 口喉道 面积 Ａ
研究 结果 ， 计 了一 种 双级 径 向旋 流 器 。采 用 数 设 值 模 拟 的方法 ， 已设 计 的 双 级径 向旋 流 器 在 模 对 型燃 烧室 中进 行 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 真计 算 ， 析 了旋 流 器 第 Ⅱ级 分
叶 片安装 角对 燃烧 性能 的影 响 。
旋 流 数 根 据旋 流器 设 计 经 验公 式 ， 流器 机 构 如 表 旋
１ 示。 所
表 １ 双 级 径 向旋 流器 主 要 结构 参数
１ 双级径 向旋流器结构
双级 径 向旋 流 器 的设 计 主要 包 括 Ｉ、 Ⅱ级 旋
流器 ， 氏管 ， 文 套筒 的结 构 ， Ⅱ级旋 流 器 的旋 流 Ｉ、
文章编 号 ： ０ ５—１４ （０ ２） ｌ ０ ４— ４ ２９ ２ ８ ２ １ ０ 一０ ３ ０
双 级 径 向旋 流器 燃 烧 性 能 的数 值 研 究
李 超 ，王成 军 ， 群 杰 张
燃烧室贫油熄火极限数值预测_蔡文祥
航空动力学报
第 25 卷
式中 U , V 和 W 为任意曲线坐标系( , , ) 下的 逆变速度; 变量 分别为速度 u , v 和 w , 紊流动 能 k 和紊流动能耗散率 , 焓 h , 混合分数 f , 质 量分数脉动均方值 g , 辐射通量 Rx , Rr 和 R ;
e 为各变量的输运系数, S 为气相场源项, Sp 为 油珠产生源项[ 6] .
2. 2 颗粒轨道模型
任意曲线坐标系下油珠群轨迹可表达如下:
t
t
t
= U p dt , = V p dt, = Wp dt ( 3)
0
0
0
任意曲线坐标系下油珠运动方程可表示为
dU p dt
=
1 ( U - Up ) + Jw p
p
rw p -
vp r
dV p dt
=
1 (V - Vp) + Jw p p
model) 及六通量辐射等模型考虑紊流流动、化学反应及辐 射传热对 燃烧过程的 影响; 采用 SIM P L E( sem-i im-
plicit metho d fo r pressur e linked equation) 算法求解流场, 气液两相耦合采 用颗粒 源项法 处理. 采用提 出的燃
燃烧室总油气比相应加大, 此时燃烧室出口将较 易出现冒烟现象, 为防止冒烟, 需增加燃烧室主燃
收稿日期: 2009-05- 23; 修订日期: 2009- 09-04 作者简介: 蔡文祥( 1979- ) , 男, 江苏睢宁人, 博士后, 主要从事燃烧过程数值模拟与实验研究. E-mail: haidaicai@ s ina. com
2. 1 气相控制方程 在任意曲线坐标系 ( , , ) 下, 气相通用控
燃烧和灭火思维导图案例分析讲解学习
《燃烧和灭火》思维导图教案及案例分析《燃烧和灭火》是人教版九年级化学第七单元《燃料及利用》的第一课，本节课内容贴近学生生活经验，同时又颠覆学生的生活经验，十分典型，所以加以简要案例分析。
【学习目标】1.知道燃烧的现象和燃烧的定义2.燃烧的条件和灭火的原理（学习重点）【课前预习】给学生下发如下思维导图，引导学生进行预习通过对学习目标的分解得到上图，图中一级节点有4个，分别为燃烧的现象、燃烧的定义、燃烧的条件、灭火的原理。
根据教学要求标注学习内容重点。
又通过第二级的提示性分支让学生回顾铁丝、蜡烛燃烧时的现象，为给出燃烧准确定义做铺垫。
燃烧和灭火的条件均画出3个分支留白，作为课文阅读的一种提示。
其中灭火的原理给出关键词“概括性”提示学生总结灭火原理的概括性说法。
这样的预习思维导图，兼具引导性和概括性，让学生的自主预习阶段有明确的学习思路，改变了枯燥读书，难以寻找重点的低效学习状态。
同时通过铁丝和蜡烛不同种类物质的燃烧，提示同学们关注发光放热现象，注意到燃烧不一定有火焰这一事实。
燃烧和灭火条件的末端分支均为三个而且标出1,2,3项目序号，激发出学生把燃烧条件和灭火原理相对应的思维方法。
同时灭火原理中的特别提示，便于同学们联系书本把灭火原理进行整合概括得出灭火原理本质上就是破坏燃烧条件的一般性结论。
【课堂教学】导入新课后布置学习目标。
【学习目标1】知道燃烧的现象和燃烧的定义。
布置以下三道习题，请同学们自主完成：1.人类很早就开始利用燃烧，请举出生活中的一些实例。
2.我们学过的化学反应涉及燃烧的有哪些？这些反应的共同特征是什么？3.根据上面的分析燃烧现象的定义可以概括为什么？目标1看似三个问题，实际上可以总结成一个关键词，就是燃烧。
学生从“燃烧”这一关键词出发绘制思维导图在完成1,2习题之后，对思维导图进行整合就可以初步得到燃烧的定义。
再加之课前进行过预习，完成目标1水到渠成。
下面是我按照某学生手绘整理出来的思维导图的例子：经过课后与该同学探讨，我们可以简单了解到该同学思维导图绘制的过程，以及思维发散的过程。
4 燃烧数值模拟高级教程
平均速率 对流
湍流波 动对流
分子扩 散
平均化 学源项
Yk，Dk，Rk分别是第k种物质的质量分数，扩散系数和化学源项 用平均梯度扩散模拟团湍流通量，rui"Yk" t / Sct Yk / xi ，在k-ε 模型中始终不变 气相燃烧模型关注 Rk
相比于雷诺应力（湍流）更加难以模拟
(i ) ( ) ( D ) S t xi xi xi 源项 对流 扩散 变化率
根据焓来量化能量是有利的，其定义为
h
种类
Hale Waihona Puke YTk(h
o k
To
c
pk
dT )
化学能
热能
化学动力学
第K种物质的质量分数输运方程
Yk ( rYk ) ( riYk ) ( r Dk ) Rk t xi xi xi
燃烧数值模拟高级教程高效清洁能源课题组燃烧模型介绍因次分析燃烧模型应用广泛应用与均相和非均相燃烧过程模拟颗粒和污染物排放燃气炉内温度分布流量分布co质量分布燃烧模型概述fluent6提供了极大的网格灵活性gambit鲁棒性和精确求解反应模型离散相模型液滴质点动力学非均相反应液化作用蒸发作用输运控制方程质量动量湍流能量化学组分燃烧模型预混合局部预混合非预混燃烧污染物模型辐射换热模型无线快速化学有限速度化学fluent中的反应模型预混燃烧非预混燃烧部分预混燃烧无限快速化学预混燃烧模型反应过程可变非预混平衡模型混合分数部分预混模型反应过程可变混合分数涡耗散模型有限速度化学非预混层流小火焰模型层流速度模型涡耗散概念edc模型组分pdf输运模型fluent6中其他模型辐射模型
以天然气为燃料的燃气轮机燃烧室燃烧场数值模拟
内燃机与配件工况0.2Ne 0.6Ne 1.0Ne 燃烧效率96.03%97.68%99.90%表2各工况的燃烧效率———————————————————————作者简介:彭春梅（1988-），女，四川乐山人，工程师，从事发动机总体设计工作。
0引言燃气轮机广泛应用于机械驱动、发电等工业领域[1]，随着市场需求增大，考虑环保要求[2-3]，天然气作为清洁燃料具有广阔的应用前景。
燃烧室是燃气轮机核心部件，其综合性能直接影响整机性能及安全性，利用基于计算流体动力学（CFD ）的数值方法研究，可有效缩减燃烧室研制周期和研制费用[4]。
本文对以天然气为燃料的某燃气轮机燃烧室的燃烧流场进行数值模拟研究，通过分析速度场、温度场及CO 2的分布趋势，总结燃烧室出口温度不均匀度、燃烧效率在典型工况的变化规律，为该燃烧室的改型及结构优化积累了经验。
1研究对象该燃烧室为逆流环管式结构，含16个火焰筒和喷油嘴。
选取燃烧室1/16的扇形部分进行建模，包含单个火焰筒，对于扇形部分的前后两个边界，计算过程中采用FLUENT 进行处理。
2计算方法2.1边界条件①空气入口边界：给定来流空气的质量流量、温度、压力、湍流度、水利直径、混合分数及其方差；②燃料入口边界：燃料为天然气，计算时采用CH 4作为替代分子式，给定其质量流量、温度、压力、湍流度、水利直径等；③燃烧室出口边界：给定出口压力、回流温度等；④壁面：按绝热且无滑移条件处理；⑤周期性边界：在环形周期边界上，所有独立变量按周期性处理。
2.2计算网格采用GRIDGEN 对三维几何结构进行网格划分。
燃烧室结构较为复杂，采用非结构网格，共生成网格数约200万。
3结果与分析在3个典型工况（0.2Ne 、0.6Ne 、1.0Ne ）下，得出了燃烧室的速度场、温度场、CO 2分布，并计算得到燃烧效率。
3.1速度场图1为各工况的速度分布。
由图1可见：流场为不均匀的旋转状态。
火焰筒头部旋流器的导向作用明显，气流流线呈现不对称分布。
燃气燃烧器燃烧特性的数值模拟
脱硫效 果更 好 ， 在 Ｓ 初 始 浓 度较 高 时 两 者 差别 但 Ｏ 不大 。综合 经济性 和脱 硫 效 果 ， 脱硫 剂 的选 取应 视 具体 工程而 定 。强 参 考文献
根 （ 口径 出 口和斜 边小 口径 出 口各 ４根 ） 中间 ４ 大 、 根 及 中间管 部夹 层 。它们 均匀地 分布 在燃烧 器 喷嘴 处， 与助燃 空气 良好 混 合 ， 证 天 然 气稳 定 、 效 燃 保 高 烧 。该 系列 燃 烧 器 助 燃 空 气 （ 由风 机 提 供 ） 四个 由
［］ １ 刘宗豪 ， 凡华． 内 ｓ 污 染现状 及治理 技术 ［ ］ 辽 孟 国 ０ Ｊ．
宁城乡环境科技 ，０ ３２ （ ）５— ． ２０ ，３ １ ： ６
［］ ２ 张成芳． 液反 应 和反 应器 ［ ． 气 Ｍ］ 北京 ： 化学 工业 出版
社 ．９ ５ １８ ．
（ 接第 ２ ） 上 ２页
摘 要 ： 运用 Ｆｕｎ 软件对 ４ ｈ锅炉用燃气燃烧器 进行三 维数值模拟 ， ｌｅｔ ０ｔ ／ 研究进 风量对燃 烧 器性 能及污染物 Ｎ 排放特性的影响 。结果表 明： Ｏ 合适 的进 风量是保 证燃 烧器稳定燃烧 的重 要 条件 ， 也是减少 Ｎ Ｏ 排放 的关键 素。数值模 拟的计算 结果 为燃烧器优 化设计 、 造提供 了 改
・
研究与开发 ・
பைடு நூலகம்
燃气燃烧器燃烧特性的数值模拟
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文章 编 号 ：０４８７ （ ０ ２ ０ —９０ １０ －７ ４ ２ １ ） １１－４