EBU和PDF模型在燃烧室上的应用

使用FLUENT软件中两种常用燃烧模型———有限速率涡耗散(EBU)模型和PDF模型对高温升燃烧室进行了计算,得到了两种模型下的速度场,温度场等特性,并对结果进行了分析。获得了适合高温升燃烧室计算的模型。

二阶矩-EBU模型用于两相反应流场的数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型模拟紊流粘性,二阶矩-EBU紊流燃烧模型计算燃烧速率,六通量热辐射模型考虑辐射传热对两相反应流场的影响,在任意曲线坐标系下对航空发动机环形燃烧室三维两相反应流场进行数值研究。气相流场采用P ISO算法求解,液相采用颗粒轨道模型,并用PS IC考虑气液两相的耦合影响。对两种燃烧室的流场进行计算的结果与实验数据对比,表明该计算方法可靠,可为燃烧室性能的改善提供有用依据。

湍流燃烧模型对直喷式柴油机火焰结构和排放物预测的影响研究

研究了不同湍流燃烧模型(EBU、CTC和PaSR模型)对直喷式柴油机燃烧过程中火焰结构和排放物生成的影响。分析了缸内平均量(放热率、缸内平均温度、NO和soot)变化情况和OH、NO及soot分布,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:不同燃烧模型虽然能得到相近的缸内平均量结果,但预测得到的缸内OH、NOs、oot分布和温度分布情况存在一定差异;其中以EBU模型的预测结果与试验偏离最大;PaSR模型能较准确预测缸内变量微观分布情况和火焰脱离喷孔的距离,其预测得到的火焰结构与Dec1997年提出的概念模型一致。

井喷失控气云爆炸的3维数值模拟

基于K-ε模型和改进的EBU模型,考虑甲烷-空气混合气云形成过程,建立了井喷失控甲烷喷射流扩散及混合气云爆炸的理论模型,选用SIMPLE方法求解差分方程,模拟甲烷-空气混合气云形成过程,分析了不同点火点对混合气云爆炸影响程度。结果表明,点火点方位及点火点所在气体体积分数对气云爆炸都有明显的影响,点火点越靠近气云中心和所在甲烷体积分数越高爆炸效果越强,最后为井喷失控人工点火提出了合适的点火方位。

环形燃烧室两相喷雾燃烧的大涡模拟

在三维任意曲线坐标系下采用欧拉-拉格朗日两相大涡模拟方法对环形燃烧室火焰筒气液两相紊流瞬态反应流进行数值模拟。采用椭圆偏微分方程生成三维贴体网格,计算中所采用的数学度模型有:k方程亚网格尺度模型估算亚网格紊流粘性;亚网格EBU燃烧模型估算化学反应速率;热通量辐射模型估算辐射换热。并在非交错网格体系下气相采用SIMPLE算法和混合差分格式求解,液相采用随机离散模型(Stachastic Separated Flow,简称SSF),在拉格朗日坐标系下追踪各油珠群沿各自轨道运动、质量损失及能量变化。通过计算结果与实验数据相比较,表明在三维贴体坐标系下对燃烧室火焰筒两相紊流油雾燃烧流场进行大涡模拟,采用欧拉-拉格朗日两相大涡模拟方法能反映两相紊流化学反应流流动及实际燃烧过程。

用元素扩散方程和化学平衡热力计算的方法求解多组分反应流场

提出了一种新的方法来计算多组分化学反应流场。它首先引入了元素的分布方程,然后根据化学平衡的热力计算方法求解每一位置的组分及温度。这样,在计算低速流场时,就避免了处理化学反应源项引起的数值计算过程中的方程刚性问题,也减少了组分方程的数量。计算结果表明,这种方法的计算结果比EBU模型的计算结果更好的反应了物质热解离的情况。

火灾模型中的燃烧子模型

阐述了三种具有代表性的燃烧模型——体积热源模型(VHS)、漩涡耗散模型(EBU)及假定概率密度函数模型(prePDF)的基本原理和数学模型,讨论了模型主要的优缺点。

贴体坐标系下模型加力室的大涡模拟

本文利用贴体网格对带V形槽稳定器模型加力燃烧室素流化学反应流流动进行大涡模拟的研究。采用区域法生成模型加力燃烧室的二维贴体网格,并采用多区域耦合法进行区域之间的数据传递,求解加力室整体流场。采用k方程亚网格尺度模型和亚网格EBU燃烧模型分别估算其亚网格紊流粘性和化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量,并用交错网格下SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程,壁面函数处理固壁边界条件。计算结果显示了稳定器后面的回流区气流结构,所得的热态流场模拟结果与实验比较吻合,表明采用贴体网格对模型加力燃烧室进行大涡模拟能真实反映流体流动及燃烧过程。

含湿氢氧掺混燃烧过程的三维数值模拟

通过三维数值模拟研究含湿氢氧燃烧和冷却水喷雾掺混蒸发过程,采用k-ε湍流模型及EBU湍流燃烧模型进行气相各物理场计算,利用离散相模型计算冷却水喷雾液滴蒸发过程,基于上述模型对燃烧器中掺混燃烧过程进行三维仿真计算。经过计算,得到燃烧器中各物理量分布和冷却水液滴运动蒸发过程。针对不同的入口含湿工况和冷却水掺混工况进行仿真计算,得到各参数对燃烧火焰结构和流场的影响。

燃烧室污染物生成大涡模拟模型的研究

采用亚网格动力学模型和联合概率密度函数(PDF)亚网格模型对污染物NO的生成进行大涡模拟.计算中采用的数学模型有:k方程亚网格尺度模型来估算亚网格湍流粘性;亚网格EBU燃烧模型估算化学反应速率;在交错网格体系下,采用SIMPLE算法和混合差分格式来求解差分方程.数值分析两种不同亚网格污染物生成模型和两种进口气流温度对NO排放的影响,计算结果与实验数据比较表明:两种亚网格污染物生成模型都能较好的预估燃烧室污染物NO的生成,但亚网格动力学模型的计算工作量要比联合概率密度函数亚网格模型少得多,更适合工程应用.

高温空气燃烧的模型比较数值研究

为验证适用于高温空气燃烧过程的燃烧模型,应用EBU模型、E-A模型、PDF模型三种燃烧模型模拟了一个2m×2m×6.25m的高温空气燃烧室的燃烧过程,并根据国际火焰协会的实验数据对模拟结果进行了验证与比较。湍流输运模型和辐射传热模型分别采用了Reynolds应力模型(RSM)湍流模型和离散坐标(DO)辐射传热模型。结果表明,在预测燃烧室温度、燃料组分体积分数和出口NO体积分数上,EBU模型预测值比E-A模型和PDF模型更符合实验测量值。EBU模型是三种模型中最适合模拟高温空气燃烧的燃烧模型。

反应性化学品泄漏扩散的三维数值模拟

多晶硅副产物四氯化硅泄漏后形成重气云,易与水蒸气发生反应,生成四氯化硅、氯化氢和硅酸的混合有毒气云,威胁人类安全,导致严重的生态和环境危害。针对四氯化硅泄漏后形成的重气云的三维大气扩散与反应迁移过程建立了传递转化模型并采用计算流体力学(CFD)进行模拟研究,化学反应模型采用漩涡破碎模型(Eddy-Break-UpModel)。模拟研究了四氯化硅气体与水蒸气反应过程中四氯化硅、氯化氢、硅酸等有毒物质的空间分布与迁移转化情形。四氯化硅受重力作用下沉并向周围扩展,迎风面处的四氯化硅下沉触碰到地面后向上风侧移动,但主体向下风向迁移;生成的毒害性氯化氢覆盖范围较四氯化硅广泛;反应物和生成物在近地面的浓度较大,威胁环境安全;水解反应消耗水分导致脱水效应和反应放热升温,会对该区域生态造成严重危害。研究结果为反应性化学品事故处理提供了依据。