燃烧油滴的曳力和尾涡造成的湍流变动的数值研究（英文）

燃烧油滴/颗粒的曳力和尾涡造成的湍流变动反映了燃烧油滴/颗粒和气体湍流的相互作用.关于燃烧对颗粒曳力的影响,文献中曾报导,燃烧的煤粒增大了曳力,但是燃烧的焦炭粒减小了曳力.至于燃烧油滴的曳力,文献中报导了增大或减小曳力的相反结果.在液雾燃烧数值模拟中往往采用无燃烧的固体颗粒的曳力规律.关于颗粒尾涡导致的湍流变动,众所周知,大颗粒的尾涡效应会增强湍流.但是燃烧油滴的尾涡造成的湍流变动至今不清楚.本文给出了气体绕过燃烧的单油滴和油滴群的数值模拟研究.结果指出,单个燃烧油滴的曳力比等温流动中固体颗粒的曳力小得多,而且燃烧油滴群的曳力比单个燃烧油滴的更小.与固体颗粒尾涡增强湍流效应相反,本文发现燃烧的单个油滴的尾涡效应是降低湍流.同时,随着气体相对速度的增大,燃烧油滴群的尾涡效应一开始是降低湍流,但是后来却是增强湍流的.

强迫对流下油滴蒸发和燃烧的解析和数值研究

用解析解研究了环绕有蒸发的燃烧油滴的二维轴对称气体流动,给出了局部蒸发率和火焰半径随圆周角的变化,和实验结果一致。用数值模拟研究了环绕乙醇油滴的三维有燃烧气体流动,给出了不同相对速度下的不同燃烧模态,和实验观测一致,阐明了实验中观察到的蒸发常数随相对速度的增大先升高、后下降、然后突降的机理。模拟结果指出,有蒸发和燃烧的油滴的阻力远小于无蒸发和燃烧的固体颗粒的阻力。

基于F-K近似的油滴着火模型

本文运用Frank-Kamenetsky处理非线性反应项的近似法,建立一个油滴着火模型。其结果给出了油滴着火极限的气体相对速度、油滴尺寸以及环境温度之间的函数关系,和文献中实验结果定性一致。该模型可以应用于双模态液雾燃烧的雷诺平均模拟和大涡模拟中。

两相燃烧的大涡模拟

两相燃烧大涡模拟研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟相比,大涡模拟可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且很多情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计结果.湍流燃烧大涡模拟的一个关键问题是亚网格模型,特别是燃烧模型.不同研究者提出了或者应用了不同的燃烧模型,但是有的模拟结果缺乏仔细的实验验证,有的统计结果和实验不符合.提出了二阶矩(SOM)燃烧模型,分别成功地用于气体湍流燃烧和液雾燃烧的大涡模拟,显示其优于其他模型.并对近年来气体燃烧、液雾燃烧、煤粉燃烧和油滴燃烧大涡模拟的研究给出了简要的综述.

全状态两相湍流燃烧模型及其检验

在欧拉-拉氏体系中,在传统点源两相湍流燃烧模型(TM)中考虑液滴带火燃烧状态,提出全状态两相湍流燃烧模型(FSM),并用甲醇-空气两相湍流射流火焰实验数据对两种模型进行检验,对比结果表明:FSM模型能够给出平均温度的双峰分布,得到更合理的预报结果.