带有局部熄火现象的部分预混火焰大涡模拟研究

对带有局部熄火现象的悉尼部分预混火焰FJ200-5GP-Lr75-103算例进行大涡模拟研究,计算中采用动态k方程亚格子模型和动态增厚火焰(DTF)燃烧模型.考虑当量比变化对层流火焰厚度和速度的影响,在DTF模型中引入两个拟合函数,可根据流场中混合分数的变化自适应调整火焰褶皱函数中的层流火焰参数.研究结果表明,动态k方程模型很好地预测了非均匀预混气的混合分数变化;对于熄火现象比较严重的中下游区域,大涡模拟计算得到的温度、组分的统计信息及温度散点图分布规律与实验数据吻合良好;改进后的DTF模型较好地捕捉到了悉尼非均匀入流部分预混火焰的局部熄火现象,但对于流场下游CO质量分数的预测,计算值比实验结果存在一些偏离.

基于无散平滑的4D flow MRI流场优化

目的时间解析的三维相位差核磁共振图像速度编码技术(4D flow MRI)在大血管临床诊断方面有重要应用价值。但是其测量的速度场通常包含许多噪音和坏点,需要利用后处理方法来优化并进行血流动力学的分析。方法提出一种带壁面边界条件的无散平滑(DFSwt)方法来处理4D flow MRI的速度场数据,增强具有物理约束的速度场质量。

三岔火焰及分层火焰的直接数值模拟分析

采用甲烷-空气详细反应机理对4种部分超出可燃极限的层流火焰状态开展了直接数值模拟,包括“焰后支持”和“焰前支持”两种布局的分层火焰和两种不同当量比分布的三岔火焰,并对火焰结构进行了分析.将计算域内各网格单元的热力学状态投影到二维化学反应-扩散流形(REDIM)表格中,发现N2和CO2的散点图分布都位于同一个二维REDIM表格中,表明该二维REDIM表格对这4个燃烧状态均能良好描述.此外,为了检验火焰指数的概念,对这4个燃烧状态的火焰结构进行了分析.结果表明:虽然火焰指数可以部分反映火焰内部的燃烧状态,但对于火焰-三岔点的描述不够合理,有必要对其表达式进行改进和完善.

不同密度气体射流混合过程的大涡模拟

对不同密度气体在圆管射流情况下的湍流混合过程进行了大涡模拟计算,研究气体密度比对下游气体混合过程的影响.考虑了氦气和二氧化碳分别射入空气中的两种情况,其雷诺数分别为7 000和32 000.计算得到的速度、质量分数等各项参数均与试验结果吻合良好,研究表明在相同的射流动量通量下,低密度射流比高密度射流混合发展得更快.同时验证了变密度射流的准相似性,并分析了其中的相干涡结构.计算研究了CO2射流在不同射流速度下的湍流场,发现低速射流相比于高速射流具有更高的混合速率.

甲烷及掺氢燃气吹熄极限的大涡模拟研究

利用大涡模拟法计算研究甲烷和掺氢燃气在悉尼非均匀入流射流燃烧器上的吹熄极限.利用GRI 3.0详细反应机理和28步、19步简化反应机理对比计算不同掺氢燃气状态下的层流预混火焰,证明了19步简化反应机理具有良好性能.利用动态增厚火焰燃烧模型结合19步反应机理,计算研究以掺氢燃气(体积比V(H_(2))∶V(CH_(4))∶V(CO)∶V(CO_(2))=0.2∶0.2∶0.27∶0.33)为燃料的悉尼部分预混中心射流火焰.计算得到在FA和FJ布局下,掺氢燃气的火焰吹熄极限速度分别为90 m/s和109 m/s,甲烷的火焰吹熄极限速度分别为74 m/s和128 m/s,分析发现吹熄极限的差异与不同布局下燃气与空气混合不均匀程度相关.研究表明,优化燃气与空气的进气布局和掺混过程可以提升燃烧稳定性.

双旋流火焰不稳定性模态转换

采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V型.对此过程计算的数据进行后处理,分析其前后各自温度场,平均轴向、径向燃烧室内速度分布,取x分别为5 mm、15 mm、25 mm、40 mm、60 mm处轴向和径向脉动速度,采用Q准则方法,POD方法分析流场中的涡旋结构,从而分析其燃烧不稳定性和影响火焰结构的主要因素.发现模态转换前平均火焰为“M”型,转换后为“V”型,V型火焰是一种更为稳定的火焰结构,火焰模态的转换受内、外剪切层位置的直接影响并与涡脱落模式有重要关系.

非均匀入流部分预混射流火焰的大涡模拟

针对部分预混火焰的大涡模拟(LES)问题,通过采用基于反应-扩散流形(REDIM)方法和假定滤波概率密度函数(PFDF)构造的REDIM-PFDF亚网格燃烧模型,对悉尼大学及Sandia实验室联合测量的非均匀射流部分预混火焰(FJ200-5GP-Lr75-57)进行了大涡模拟研究.随后对该状态的火焰及流场结构进行了分析,并将计算结果与实验数据进行对比,研究表明,在所研究的部分预混火焰工况下,大涡模拟预测得到的温度、CO2、CO等组分与实验值吻合良好.这也进一步验证了REDIM-PFDF模型在计算部分预混燃烧方面的能力.

不同混合物浓度梯度下三重火焰的直接数值模拟

针对三重火焰,采用详细反应机理进行直接数值模拟(DNS),计算其入流宽度.在保证混合物入口当量比范围保持不变的情况下,计算了入流宽度分别为5、10、15、20、25和30 mm等6种状态下的羟基(—OH)质量分数、流场速度、放热率、燃烧速度和温度的分布.研究结果表明:随着入流宽度的增加,即混合物浓度梯度的减小,三重火焰厚度逐渐增加,且预混火焰分支变长.同时,三重点和预混分支处—OH质量分数逐渐增大,而扩散火焰分支处—OH质量分数逐渐减小.由于入口混合物当量比的范围保持不变,导致预混火焰厚度几乎不随入流宽度发生改变,且三重点处火焰速度在混合物浓度梯度为0.0511~0.2950 mm^-1时存在一个极大值.

血泵内溶血和凝血模型的应用研究

目的心室辅助装置是当前治疗心力衰竭的有效手段,血泵是心室辅助装置中最重要的部件之一,主要用于心室和动脉之间血液输送。但是血泵在体内连续性的高速转动可能会导致溶血和凝血等一系列的并发症,影响血泵的正常运行并危害患者生命安全。方法构建可以用于预测血泵内溶血和凝血的数学模型。其中,溶血模型采用基于欧拉法的剪切应力和暴露时间相关的幂律函数模型,用于评估血泵内血红细胞的破坏程度。