基于统计窄谱带及关联K模型的气固非灰辐射特性研究

水蒸气、二氧化碳和烟黑是燃烧过程的重要生成产物,在燃烧过程中它们对辐射换热有着重要的影响。对于平行平板间气体的一维非灰辐射问题,采用统计窄谱带模型及关联K模型,研究烟黑颗粒对水蒸气和二氧化碳混合物非灰辐射的影响,并基于窄谱带数据库提出计算普朗克平均吸收系数的新方法。比较发现,提出的新方法简捷,其计算结果与文献结果吻合较好。

利用HITEMP2010的Malkmus窄谱带模型参数库构建研究

为精确求解发动机高温燃气红外辐射特性,需要调用描述气体辐射传输特性的谱带参数如光谱吸收系数或光谱透过率,而谱带参数随气体温度、波数变化而变化。首先采用逐线计算方法,比较分析了气体分子谱线参数HITRAN2008和其高温扩展版本HITEMP2010的适用范围;其次,针对逐线计算复杂且效率低的问题,提出了一种基于Malkmus统计窄谱带模型的谱带参数库构建方法并开发了计算程序,在此基础上,分别计算了CO2、H2O的均匀路径单组分光谱特性、非均匀路径单组分光谱特性,还计算了CO2、H2O、N2组合的非均匀路径多组分光谱特性。研究表明:计算结果和试验数据吻合较好,说明所提出的基于HITEMP2010的Malkmus统计窄谱带模型适用于高温燃气辐射传输特性计算。

增压富氧燃烧烟气辐射特性宽带关联k模型

针对增压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,以改进的宽带关联k分布模型为基础,建立了CO2气体4.3μm多谱带合并带的分段处理模型,并与逐线计算和简化模型的计算结果进行对比,结果表明,随着压力的增大,该分段模型与逐线计算结果吻合较好,与简化模型相比,计算精度大大提高。针对电站燃煤锅炉采用富氧燃烧方式炉内H2O和CO2的生成状况,基于以上模型计算得出不同压力下H2O和CO2各谱带的吸收系数,并计算了不同温度和压力下混合气体的辐射强度和发射率,结果显示:在相同的压力下,混合气体的辐射强度和发射率随着温度的升高而升高;当压力由0.1MPa逐渐升至1.5MPa时,辐射强度和发射率逐渐增大,但二者的相对变化却逐渐减小。

基于有限体积法和SNBCK模型的红外辐射特性计算

耦合求解流场、组分浓度场、基于SNBCK模型的气体辐射传输/能量方程以求准确模拟飞行器排气系统气动热力及红外特性.窄带模型参数由HITEMP逐线计算数据库计算得到.通过CO24.3μm波段吸收率计算,圆柱炉膛辐射换热特性计算两个算例验证了所采用程序求解辐射传输/能量方程的准确性.最后计算了两种二元喷管的红外特性,结果表明大宽高比二元喷管地面和空中状态红外辐射特性差异巨大.

气体光谱数据库对气体辐射特性的影响

利用最新光谱数据库提出了基于数据库的普朗克平均吸收系数计算方法和逐线法,并针对一维平行平板间等温辐射传热问题探讨了逐线法(line-by-line,LBL)、统计窄谱带模型(statistical narrow-band model,SNB)和统计窄谱带关联K模型(statistical narrow-band correlated-K model,SNBCK)计算原理、计算精度和三模型间的偏离变化。结果表明,三种模型的结果吻合较好,几个数据库都比较准确。对于逐线法,表明可采用HITRAN2012(high resolution TRANsmission spectroscopic database)光谱数据库替代HITEMP2010(high-TEMPerature spectroscopic absorption parameters spectroscopic database)数据库来提高计算效率。

燃烧过程中气体辐射特性分析

水蒸气、二氧化碳和一氧化碳是燃烧过程中的气体生成物,对燃烧系统内的辐射换热有重要影响。比较2个窄谱带数据库参数,即Soufiani&Taine数据库和Riviere&Soufiani数据库,针对参与性气体的非灰辐射特性,采用统计窄谱带模型考察水蒸气、二氧化碳和一氧化碳3种气体的光谱透射率。结果表明,基于Riviere&Soufiani数据库的计算结果与逐线法基准解吻合较好,Soufiani&Taine数据库偏差较大。引入离散坐标法,利用2个窄谱带数据库和统计窄谱带关联K模型,研究一维、二维和三维火焰的辐射换热情况,比较发现,采用2个数据库所得的辐射热流和辐射密度差别不大,仅在温度跃变处相差较大。

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。