不可压湍流反应流直接模拟和RANS反应模型检验

用谱方法对三维不可压槽道湍流反应流动进行了直接数值模拟,得到了温度和质量分数耦合的瞬态数据库.结果显示温度与质量分数脉动在近壁区都有条带结构.推导了雷诺平均方法中湍流二阶矩反应模型中所求关联量的精确输运方程,发现耗散项是化学反应率系数-质量分数关联量封闭的关键,耗散项需要考虑化学反应影响.基于数据库的统计结果,对关联量模型方程中各项进行了先验研究,发现产生项和耗散项的贡献最大,扩散项和反应项的贡献较小,化学反应对各项大小和分布形状有明显影响.在算例中,直接模拟统计得到的化学反应率系数-质量分数关联和用代数二阶矩模型的模拟值很接近,说明ASOM模型具有一定的合理性.

三维实验固体火箭冲压发动机燃烧室湍流反应流数值模拟

在对固体火箭冲压发动机的研究中 ,建立合适的数学模型对其内部工作过程进行模拟是冲压发动机设计和试验的重要环节。本文在三维湍流反应流情况下 ,对某实验固体火箭冲压发动机建立了数学模型并进行数值求解 ,得出了一些有用的结论 。

NO_x生成湍流反应率数值模拟的进展

利用计算机数值模拟来优选燃烧器或炉内降低氮氧化物的各种措施，如空气分级，燃料分级（再燃烧），烟气再循环，煤和生物质混烧等，预测其效果，受到国际上越来越大的重视．如何建立合理而经济的数学模型，是其中的关键问题之一．根据近年来国际上发表的不同研究者的研究结果，对湍流燃烧氮氧化物生成湍流反应率数值模拟的研究现状进行了评述，并且讨论了有待解决的问题和今后的发展方向．

地铁隧道火灾烟气湍流反应的数值模拟研究

基于PDF湍流非预混燃烧理论,以天津地铁区间隧道作为研究对象,利用FLUENT软件,对隧道纵向通风后火灾烟气的湍流反应进行数值模拟,得到通风后烟气湍流反应的模拟结果,并将模拟结果与天津消防所的火灾实验数据进行比较,验证模拟结果的可靠性.研究结果表明,火灾时隧道氧含量急剧下降,火灾烟气中含有大量CO等不完全燃烧产物,当启动机械通风排烟后,带入隧道的氧气与不完全燃烧产物再次发生氧化反应,烟气的成分及浓度发生相应变化,从而对人的毒性作用也将有所改变.为隧道火灾烟气流动分布规律的进一步研究,有效组织人员疏散提供重要参考.

NO_x生成湍流反应率的二阶矩-PDF数值模拟

将对 NOx 生成湍流反应率模拟的二阶矩模型和设定 PDF模型结合起来 ,提出一种氮氧化物生成湍流反应率的二阶矩 - PDF模型 ,以兼顾解决工程问题的合理性和经济性 ,并对甲烷空气燃烧中的 NOx

分级进风燃烧室内含颗粒的湍流反应流的实验研究

应用三维激光粒子动态分析仪(PDA),对分级进风燃烧室内含颗粒的湍流反应流的气固两相瞬时速度场进行了实验测量,同时对单相湍流反应流的瞬时速度场也进行了实验测量．得到了两种情况下燃烧室内气固两相和单相气体的平均轴向与切向速度、轴向与切向脉动速度均方根值和轴向-切向脉动速度二阶关联量的分布．

一种基于冷扩散模型的复杂反应流场建模方法

仿真复杂湍流反应流场的计算消耗巨大,为了缓解计算负担,许多研究基于深度学习方法构建数据驱动代理模型,但获取该代理模型所需要的数据仍存在一定困难。为了解决上述问题,本文提出一种基于冷扩散模型(Cold Diffusion Model,CDM)的代理模型。与去噪扩散概率模型(Denoising Diffusion Probabilistic Model,DDPM)不同,插值冷扩散模型在扩散过程中采用逐步插值替代加入随机高斯噪声,为复原过程引入更多信息。二维甲烷燃烧仿真实验结果表明,相比其他代理模型,插值冷扩散模型能够利用有限的数据,学习到更多的信息,减少训练所需的计算数据量,从而缓解计算负担。

喷射器内液—液湍流反应过程的数值模拟

利用两环境矩直接积分模型(DQMOM)对喷射器内液液平行一竞争反应体系进行了研究,结果表明:在固定引射流速的情况下,随着喷嘴速度的增加,平行-竞争反应的选择性越来越高,副反应的转化率越来越低;在固定喷嘴流速的情况下,随着引射流体速度的增加,平行-竞争反应的选择性越来越低,副反应的转化率越来越高;速度比一定时,喷嘴绝对速度值越大,副反应的转化率越低。

甲醇喷雾湍流反应流的JPDF数值模拟

喷雾湍流燃烧过程中,液滴、湍流和化学反应之间强烈耦合,物理化学机理非常复杂。本文将速度-标量-频率联合概率密度函数JPDF输运方程方法应用于两相喷雾湍流反应流问题,利用火焰面模型解耦流动和化学反应动力学的耦合关系,建立起相应的数值计算模型。采用Monte-Carlo数值计算方法,针对澳大利亚悉尼大学Masri等人以甲醇为燃料所进行的湍流喷雾燃烧值班火焰这一试验进行了数值模拟,通过与Fluent下的计算结果及试验结果的对比分析,验证了本文所建模型的准确性。

含颗粒湍流反应流中颗粒相瞬时速度的实验测量

应用三维激光粒子动态分析仪(PDA),对分级进风燃烧室内含颗粒湍流反应流的气固两相瞬时速度场进行了实验测量。获得了各测点处颗粒相轴向与切向瞬时速度的时间序列,并得到了各测点上颗粒相轴向与切向瞬时速度的概率密度函数(PDF)。

煤气化数值模拟中湍流气相反应模型的比较研究

为获得煤气化炉数值模拟研究中常用湍流气相反应模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析比较了3种湍流气相反应模型计算的温度场、浓度场和碳转化率分布,并与实验数据进行比较。结果表明:湍流气相反应模型对气化炉火焰区温度场和浓度场计算影响较大,但是对气化炉后部影响较小;EDM模型对合成气组分的浓度分布预测误差较大;基于单混合分数的PDF模型对喷嘴出口附近的温度场和浓度场的预测结果不合理,但是对气化炉出口参数的预测较为准确;EDC模型预测结果良好,但是会高估火焰温度,进一步考虑基元反应和详细化学反应机理可以改善EDC模型对火焰温度的预测。

污泥-废水2相湍流与生物反应耦合模型及应用

建立污泥-废水2相湍流与生物反应动力学耦合模型,实现对反应器污水两相3维流场及浓度场的同时模拟.采用活性污泥2号模型(ASM2)描述运输方程中的反应速率项、两相流混合物模型描述活性污泥-废水2相湍流的水力特性,并纳入污泥沉降运动;通过数字粒子图像测速研究紊动条件下污泥沉降特性,对传统污泥沉降模型进行水力湍动影响修正,实测污水处理厂氧化沟流场与组分浓度以验证模型,数值模拟了不同曝气方式下氧化沟污泥-废水2相流场与水质,结果表明:流速是影响污泥沉积和水质浓度分布的主要因素,曝气方式的差异直接影响出水效果,在所研究的污水厂中采用半日间歇曝气方式运行,可提高出水效果,并降低能耗约23.84%.

湍流化学反应的分形数值模拟

基于涡串唯象概念和分形理论,建立了能够表达湍流多尺度结构物理特性的分形湍流化学反应模型,针对Steckler室内燃烧过程进行了数值模拟研究。湍流流动采用浮力修正的κ-ε双方程模型来模拟,辐射由Rosseland模型描述,整个模拟过程由ANSYS-CFX10.0实现。将模拟结果与Steckler的燃烧实验数据进行对比,并与EDC燃烧模型及文献中EBU燃烧模型的模拟结果进行对比。结果表明,FM燃烧模型模拟得出的温度、速度场分布与实验数据能够较好地吻合,是一种有前途的湍流化学反应模拟方法。

突扩燃烧室湍流预混反应流的数值模拟

对突扩燃烧室这一典型工程燃烧装置内的湍流预混反应流进行了数值模拟。时平均控制方程组的封闭采用ｋ－ε湍流输运模型和ＥＢＵＡｒｈｅｎｉｕｓ湍流反应模型。模拟结果给出了突扩燃烧室内湍流预混反应流的气体时均流场、组分浓度场与温度场的分布。通过数值模拟结果与实验的比较对ＥＢＵＡｒｈｅｎｉｕｓ模型进行了讨论与评价。

不可压反应流动直接模拟和亚网格模型的检验

本文用谱方法对三维槽道不可压湍流反应流动进行了直接模拟,用直接模拟数据对大涡模拟亚网格质量流和燃烧模型进行了检验,结果发现,引入壁面阻尼修正的模型与精确值的符合比较好。

旋流燃烧室内甲烷湍流燃烧的数值模拟

为合理考虑湍流-复杂化学反应的相互作用,建立了甲烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数(PDF)模型.应用该模型对TECFLAM燃烧室内的甲烷湍流旋流燃烧进行了数值模拟,得到了与实验相符合的气体轴向、径向与切向速度、温度、温度脉动均方根值及甲烷、氧气、二氧化碳与水蒸气质量分数分布.得到的一氧化碳和氢气质量分数分布与实验基本符合.

几种二阶矩模型模拟湍流旋流燃烧的比较

本文对几种二阶矩湍流反应模型,包括统一二阶矩模型、只考虑温度脉动的二阶矩模型、只考虑浓度脉动关联的二阶矩模型、及同时考虑温度脉动和浓度脉动关联的二阶矩模型,进行了比较。将上述模型加入到FLUENT6.0软件平台上,模拟了不同旋流数下甲烷-空气的旋流燃烧。模拟结果和实验结果进行了比较,探讨了各关联量大小及其对时平均反应率的影响。结果表明,统一二阶矩湍流反应模型具有最好的模拟效果。其原因是,各种关联矩中,化学反应率系数与浓度间的脉动关联最重要。

纳米颗粒反应器内的流场数值模拟

为了研究纳米颗粒反应器内的化学反应过程,本文采用标准κ-ε湍流模型、涡耗散化学反应速率模型及标准壁面函数法,以AlCl3为前驱物,对化学气相合成法制备Al2O3纳米颗粒的湍流扩散反应进行了数值模拟,并对不同结构形式的反应器进行了流场分析比较。结果表明用优化后的反应器结构3流场效果更好,涡流影响最小。用此反应器合成纳米Al2O3的化学反应主要集中在喷嘴后200mm范围内。在反应器400mm以后,流场各物质已完全混合均匀。

可压缩湍流的多尺度分析

作者的研究团队近几年在可压缩湍流的多尺度性质方面开展了系统的研究工作。通过多过程分解,研究了可压缩湍流中的速度和热力学量的剪切部分、胀压部分、伪声模态、声模态、熵模态的多尺度性质,并总结了各类可压缩条件下的速度和热力学量的谱的标度律。通过滤波方法,研究了动能和热力学量的多尺度传输现象,并重点分析了可压缩性对动能胀压部分的多尺度传输的影响。在可压缩均匀剪切湍流中,可压缩效应更加明显,可压缩湍动能和耗散率等物理量的马赫数标度率与各向同性湍流类似,但胀压分量所占比重更大,并且变形速度张量特征值的概率密度函数和流动拓扑结构的比例分布等统计量随马赫数的变化也更加明显。对于振动非平衡可压缩各向同性湍流,平动-转动内能模式和振动内能模式间的弛豫效应导致密度梯度与振动温度梯度方向的偏离,从而弱化了流场中压缩和膨胀运动对振动弛豫率的影响。化学反应放热会显著增加流场的压缩与膨胀运动,导致速度胀压分量和热力学量的能谱在所有尺度均增大,湍动能和耗散率的标度律表现出马赫数无关性。

天然气部分氧化炉的数值模拟

采用CFD模拟计算高温高压下天然气部分氧化炉。通过冷态模拟计算喷嘴端部区域的回流情况,并以此作为确定喷嘴结构的判据之一;通过热态模拟计算研究天然气部分氧化炉内的速度、温度、组分浓度分布,其出口气体组成和温度与通用过程模拟软件AspenPlus的模拟结果吻合。说明模拟结果是准确的,可用于辅助解决实际工程问题。