德士古气化炉内气体辐射的数值模拟研究

为了探究气体辐射对气化炉物理场的作用机制,采用数值模拟的方法,以灰气体加权和模型(WSGG)描述气体辐射特性,对比分析了加入气体辐射后辐射强度、温度分布以及气体组分体积分数分布的变化。结果表明:气体辐射在气化炉的辐射热流计算中占有很大一部分比例;在定热流边界条件的情况下,气体辐射模型对温度分布的影响主要是体现在射流区中下部;气体辐射的加入会使H_(2)与CO_(2)的反应朝正向进行,在一定程度上改善模拟结果的准确度和精确度。

火星进入气体辐射加热研究进展

针对飞行器进入火星大气时气体辐射加热对防热设计带来不确定性,在简述火星探测和气体辐射研究的发展历程的基础上,对火星进入气体辐射加热研究的进展进行综述。首先,针对火星大气环境描述了气体辐射加热的概念和问题由来。其次,重点综述了近年来火星进入气体辐射加热基础模型的数值和试验研究进展,其中包括:热化学非平衡气体动力学、气体辐射特性和辐射传输的计算模型与方法等数值研究;地面测试设备、试验技术和模拟火星大气环境的气体辐射测量与验证等试验研究。再次,综述了流动辐射耦合和后体气体辐射加热等火星进入器设计方面开展的研究。最后,对未来火星进入气体辐射加热研究进行了展望,提出了研究建议。

高温气体辐射特性计算模型

高温气体辐射特性的准确计算在燃烧、红外探测等工程应用中有重要意义。对国内外气体辐射特性研究现状进行了介绍,分析了3类气体辐射特性计算方法的基本原理和主要特征,着重介绍了新发展起来的全光谱k分布(FSK)模型。列表归纳总结了各辐射特性计算模型的适用条件、计算精度及计算速度。计算了平行平板间水蒸气和二氧化碳混合气体层壁面热流,给出了各模型计算结果与逐线计算间的相对误差比较图。对不同情况下气体辐射特性计算方法的选择提出了建议,针对现有模型的缺陷对今后的研究方向作了展望。

气体辐射宽带关联k模型的修正算法

求解有气体介质参与的辐射换热问题时 ,气体吸收带的带宽是一个重要的参数 ,同时它又是计算关联k模型中累积分布函数的参数 .通过分析与计算证实 ,在计算吸收系数累积分布函数时 ,采用固定的带宽将引入较大误差 ,为此 ,将修正的宽带模型中计算带宽的方法引入吸收系数累积分布函数的计算 .与窄带累积分布函数的比较表明 。

箱带模型结合DOM在非灰气体辐射换热计算中的应用

在总结现有计算非灰气体辐射特性的各种模型与方法的基础上 ,利用箱带模型与离散坐标法 (DOM)相结合的方法计算了一维无限大平行平板间气体介质在均匀型、边界层型及抛物型三种温度分布下的辐射换热。研究表明 ,箱带模型与常用的统计窄带模型或指数宽带模型的灰带近似计算结果相比具有较好的准确性 ,且由于箱带模型具有简单、易于编程、计算速度快等优点 ,对一些较为复杂的工程计算问题是一种较好的可供选择的模型。

高超声速飞行器气体辐射噪声计算方法

高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化,伴随强烈的光辐射过程,直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动,考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数,基于有限体积法离散辐射传输方程,在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上,进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布,发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关,马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。

基于宽带关联k模型的气体辐射特性分析与计算

针对富氧燃烧方式下烟气中高浓度H2O和CO2混合气体的辐射换热问题,建立了一种改进的宽带关联(IWBCK)分布模型.为了验证IWBCK模型计算的有效性,首先选取不同配比的H2O/CO2混合气体进行计算分析,并与逐线计算和基于指数的宽带关联k分布模型进行对比,表明IWBCK模型对H2O/CO2混合气体的处理较合理,与逐线计算的结果更加接近;以某电站300MW燃煤锅炉为例,采用IWBCK模型计算了空气燃烧方式下三原子气体的辐射特性,并与前苏联锅炉机组热力计算标准的计算模型进行了对比分析,结果表明:两种模型的计算结果基本吻合,说明IWBCK模型对空气燃烧方式也是有效的.基于分区段热力计算的方法,采用IWBCK模型分别计算了该锅炉在空气燃烧方式和富氧燃烧方式(30%O2/70%CO2)下各区段三原子气体的吸收系数和发射率,结果表明:在不同温度下,富氧燃烧方式下三原子气体的吸收系数和发射率有不同程度的提高,辐射换热加强.

炉内实际气体辐射传热的计算方法

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法和Ｚｏｎｅ法结合Ｅｄｗａｒｄｓ提出的指数宽带模型提出了对非灰气体辐射传热进行分析的一种简化算法．分析对象采用一维平板系统，首先验证了用Ｅｄｗａｒｄｓ宽带模型计算实际气体辐射特性的准确性，然后对给定平板温度下处于热平衡状态时的温度分布进行计算，并与灰气体处理时的计算结果作了对照，得出了相应结论．

灰体空间内非灰气体辐射的段法模型

从辐射全交换面积的概念出发,推导了封闭空间边界为灰体,介质为非灰气体的辐射全交换面积计算式。气体的辐射特性用灰气体加权和模型描述。实验结果表明,文中推导方法正确。将黑体封闭空间的全交换面积近似用于灰体封闭空间的方法与文中的方法相比,计算所得辐射全交换面积的误差较大,尤其是表面段对气体段的全交换面积,但相邻段间的全交换面积误差较小。

气体辐射与流场耦合对火星进入热环境影响

采用火星大气物理化学模型,求解带辐射源项的三维热化学非平衡N-S方程,对探路者号火星探测器进入过程中的高温流场和热环境进行了数值模拟,分析了气体辐射与非平衡流场耦合效应对流场和热流的影响。结果表明:1)探路者号火星探测器流场热化学非平衡效应显著,CO_(2)气体发生大规模离解,高度低至28.5 km仍存在热力学非平衡效应;2)热力学与化学非平衡效应的影响均与表面催化特性相关,完全催化热流要高于完全非催化热流50%以上;3)高温流场中的CO组分会产生较强的气体辐射加热,辐射热流与对流热流的比值为15%~45%,靠近肩部区域比值最大;4)气体辐射对非平衡流场的冷却效应使激波脱体距离减小;与非耦合方法相比,采用耦合方法得到的辐射热流降低约12%~25%。

中红外抗CO_(2)气体辐射负滤光片的研制(特邀)

为提高中红外探测系统在载体高速运动过程中的探测精度,研制了抗CO_(2)气体辐射的负滤光片,在非球面单晶Si基板表面,选择Ge、ZnS和YbF_(3)作为镀膜材料,结合膜系设计基础理论,使用OptiLayer膜系设计软件对负滤光膜进行设计,石英晶体膜厚控制仪进行厚度监控。根据实验结果及膜层敏感度反演分析,优化膜厚监控方案解决了负滤光膜通带次峰过多及透射率下降等问题。测试结果表明,制备的负滤光片在4.15~4.4μm、5.15~5.5μm波段平均透射率分别为0.87%和0.23%;3.65~3.95μm、4.50~4.85μm波段平均透射率分别为87.04%和89.79%。研制的负滤光片有效提高了目标的探测精度,为中红外探测技术提供了重要的技术支持。

炸药冲击波激励气体辐射的数值模拟

建立了炸药冲击波激励气体辐射的物理模型和数学模型.用MMIC-2D软件对爆炸过程进行了模拟计算.分析了冲击波作用下气体的流动特性,并给出了爆炸全场的密度分布及随时间的变化规律.

用k分布法计算气体辐射特性的进展

介绍了气体辐射特性计算的分类,以及k分布法在各种气体辐射特性计算中的应用,重点阐述了国内外用k分布法计算气体辐射特性的研究现状。

直喷式柴油机缸内气体辐射传热的研究

在一台直喷式柴油机上实测了气缸内辐射和火焰辐射热流量,在此基础上,研究了气缸内气体辐射传热及其随负荷和转速变化的规律,分析了气体辐射热流量占气缸内辐射热流量和总热流量的比例随负荷和转速变化的规律.研究表明:气体辐射热流量随负荷的增加而增大,随转速的升高而减小;气体辐射热流量约占辐射热流量的15%~30%左右,此比例随负荷的减小、转速的升高而增大;气体辐射热流量约占气缸内总热流量的3%~5%左右,此比例随着负荷及转速的增加而减小.

富氧燃烧中气体辐射模型对燃烧与换热数值模拟的影响

富氧燃烧过程中,由于使用再循环烟气代替空气中N_(2)作为稀释剂,烟气中存在大量CO_(2)和H_(2)O。CO_(2)和H_(2)O作为非极性三原子分子,具有N_(2)没有的辐射能力,导致富氧燃烧中气体辐射特性发生变化。在数值模拟过程中,气体辐射模型是一个重要的子模型。前人提出多种修改后适用于富氧燃烧的气体辐射模型,但不同气体辐射模型在不同富氧燃烧工况数值模拟中的影响尚未有统一研究。为了研究不同炉型下,气体燃烧和煤粉燃烧中气体辐射模型对燃烧换热模拟结果的影响,通过编程,将一种考虑CO影响的气体辐射模型以及文献中的6种典型气体辐射模型耦合入数值模拟计算。结果表明,在气体富氧燃烧中,气体辐射模型影响了火焰结构。同时,燃烧温度分布有所变化,不同模型结果之间差别最高可到500 K。气体与壁面之间的辐射换热受到影响。气体辐射模型对炉膛中心火焰区域影响较大,而对非火焰区域影响较小。在煤粉富氧燃烧过程中,当有效辐射层厚度在0.3 m左右时,如在100 kW下行炉中,气体辐射模型对煤粉燃烧数值模拟结果几乎没有影响。这可能是由于颗粒辐射在辐射换热计算中占主导地位。而当有效辐射层厚度在16 m左右时,如1000 MW塔式炉中,气体辐射模型对炉内切圆燃烧火焰温度以及组分浓度影响较大,温度差别可到100 K左右。而气体辐射模型对炉膛中心模拟结果没有影响。

三维航空发动机燃烧室非灰气体辐射换热数值模拟

基于自主研发的辐射计算程序应用离散坐标法和统计窄谱带吸收系数关联模型准确高效地实现了复杂几何外形内非灰气体辐射换热的数值模拟。首先,在完成了结构网格和非结构曲面网格标模验证的基础上,探究了不同角度离散格式、空间差分格式、高斯积分点类型及数目对辐射换热的影响。结果显示24个空间离散方向的角度离散格式计算精度较低,推荐使用32个离散方向的角度离散格式。不同空间差分格式和高斯积分点类型对计算结果的影响较小。接着,选取精度效率结合最优的数值方法组合,以燃烧流场数据作为输入,计算并讨论了某型航空发动机燃烧室在不同压强和壁面温度下的气体辐射换热情况。结果显示中心火焰处负辐射源项的极大值超过6 000 kW/m^(3),而低温壁面附近气体温度较高的区域辐射源项的最大值接近17 000 kW/m^(3),壁面上辐射热流密度的最大值接近88 kW/m^(2)。随着压强增大,辐射源项和壁面热流密度逐渐增大但变化速率逐渐放缓,该变化速率受参与性介质浓度的影响较大。

含非均匀辐射气体空腔辐射特性计算研究

文章发展了求解积分辐射传输方程组的方法来计算充满非均匀辐射性气体封闭腔的辐射特性的方法 ,讨论了辐射空间分布及光谱分布的计算方法 ,并编制了相应的计算机程序 .计算了某型发动机轴对称喷管的辐射分布 。

灰气体加权和辐射模型综合评估及分析

在O_2/CO_2气氛下,参与性介质的非灰气体辐射特性表现出不同于空气气氛下的特性,因此,非灰气体辐射模型的选择和应用在换热过程中将变得十分重要.基于统计窄谱带模型,本文综合评估近年发展应用较广的灰气体加权和(WSGG)模型.结果表明,几种WSGG模型的预测值总体趋势正确,但仍存在着一定的差别.对于发射率,Dorigon等(2013 Int.J.Heat Mass Transfer 64 863)和Bordbar等(2014 Combust.Flame 161 2435)的WSGG模型与基准模型符合较好,相对误差小于20%.与离散坐标法结合,本文求解了PH_2O/PCO_2=1,2时的一维平行平板间辐射换热问题.结果显示,由Dorigon等和Bordbar等的WSGG模型得到的辐射热源和热流密度分布的相对误差均较小(10%左右).Johansson等(2011 Combust.Flame 158893)和Bordbar等的WSGG模型具有更广的适用范围.

气体热辐射机理的研究与热辐射特性的计算

从对气体热辐射的微观机理的研究出发 ,利用谐振子模型对气体燃烧产物的热辐射特性进行了研究与计算 ,结果表明 :气体的热辐射波谱取决于气体分子的固有振动频率、等离子体频率、阻尼系数以及气层厚度 ,提高压力、气层厚度和降低温度可以有效地改善气体热辐射的选择性。

BRDF表面对燃烧气体辐射传热影响

双向反射分布函数BRDF真实描述了实际表面的反射特性,本文用BRDF表面代替传统的漫反射和镜反射表面研究了富氧燃烧过程中壁面对非灰气体辐射传热的影响。本文选取刚玉板(A1203)作为BRDF壁面,BRDF值使用NIMS-III BRDF测量系统测得,而且测量值用简化五参数模型进行了很好的拟合。比较漫反射表面和BRDF表面两种不同边界条件下的热辐射特性发现BRDF表面对热辐射有较大影响,尤其在更小的板间距、更高的表面和气体温度、含有较低浓度水蒸气时。