适于混合气体基于k分布的灰气体加权和模型

工业燃烧环境的复杂性,使得传统的灰气体加权和(WSGG)模型很难满足气体辐射特性计算的精度要求。基于HITEMP2010数据库,利用等级相关原理将k分布法引入WSGG模型,并假设各参与性气体之间是统计非关联的,采用叠加法建立了适用于任意浓度、温度分布的混合气体WSGG模型。对四种不同燃烧条件下的非等温、非均匀混合气体的辐射换热进行了计算,将新模型计算的辐射热流和辐射源项与逐线法(LBL)及其他模型计算结果进行比较来验证新模型的有效性。结果显示新模型参数能很好地预测任意工况下混合气体的辐射特性。

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.

灰气体加权和模型的发展综述

气体辐射特性的准确计算对辐射换热过程的分析有重要影响。国内外学者对气体辐射特性模型中的灰气体加权和模型(WSGG)和与k分布法相关的模型进行了大量研究,本文对WSGG模型发展现状以及存在的问题进行了总结分析。针对WSGG模型具有效率高、精度低的特点,而k分布法精度高可以弥补其不足,认为可以将k分布法引入WSGG模型,建立一种快速准确且能与任意辐射传递方程求解方法兼容的气体辐射特性计算模型。

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。

非灰气体离散坐标法模型的比较

将求解气体辐射传递方程的离散坐标法与描述非灰气体辐射特性的灰气体加权和模型结合,来研究气体介质参与的辐射换热问题.不同的坐标离散方法———SN法、TN法、SRAPN法与灰气体加权和模型结合,得到不同的非灰气体离散坐标法.分别用非灰气体的SN法、TN法、SRAPN法对一个三维炉况进行模拟,得到炉膛内介质的温度分布及壁面热流分布,比较了不同非灰气体离散坐标法的计算时间和精度.结果表明,SN法和TN法与灰气体加权和模型结合能较好地模拟气体介质参与的辐射换热问题.

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。

基于离散坐标法的辐射模型研究

在分解温度以下的辐射气体,其吸收系数随着波长有剧烈的变化,因此在计算中考虑气体的非灰辐射特性是非常必要的,加权灰气体和模型是一种相对比较简单的考虑气体的非灰特性的模型。本文采用离散坐标法和加权灰气体和模型结合计算了三维固定空间内气体辐射,并以统计窄谱带模型的结果为基准,检验了几种加权灰气体和模型的精度。同时研究了不同离散坐标方式对WSGGM模型计算精确性和计算效率的影响。

热辐射对气膜冷却叶片表面热负荷的影响

为了明确不同因素对叶片表面热负荷的影响规律,利用改进的WSGG模型,通过CFD数值仿真进行对流辐射耦合计算,探明高温燃气辐射传热对叶片表面热负荷的影响。结果表明:进口压力、温度、黑体辐射温度和壁面发射率对叶片表面热负荷均有一定影响,在进口总温从1750 K升高到2150 K的过程中,叶片表面温度整体升高幅度为250~300 K,而黑体辐射温度对叶片表面温度的提升最高为40 K。在壁面发射率从0.3提高到0.8的过程中,叶片表面辐射热流密度随之增大,在吸力面和压力面局部区域辐射热流密度增大了1倍。壁面发射率和高温燃气进口温度对叶片表面的温度和热流作用相当均匀,进口压力和黑体辐射温度对叶片尾缘、前缘和压力面的热负荷影响远大于其他区域。在此基础上,提出了以进口总温、黑体辐射温度、余气系数和壁面发射率为自变量,以辐射换热热流密度为因变量的辐射换热的经验准则关系式,获得了该经验关系式的拟合结果,并对该拟合精度进行了计算,相对误差均小于5%。