悉尼大学非均匀入流燃烧器部分预混火焰的大涡模拟研究

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在工程实际的燃烧器中，燃料与空气混合时间较短，难以充分混合，部分预混燃烧现象非常普遍。但学术界过去十多年基本都专注于研究完全的预混火焰和扩散火焰，对部分预混火焰的燃烧特性缺乏深入了解，目前对部分预混火焰的大涡模拟（LES）研究还面临着不少挑战。本研究采用新发展的基于反应-扩散流形（ Reaction-Diffusion Manifold, REDIM）方法和假定滤波概率密度函数（Presumed Filtered Density Function, PFDF）构造的REDIM-PFDF亚网格燃烧模型，对悉尼大学及Sandia实验室联合测量的非均匀入流部分预混火焰进行了LES研究。利用REDIM方法将详细的甲烷-空气反应机理简化为一个二维的查询表，以 CO2及 N2质量分数为简化坐标。在PFDF方法中给定的是 CO2和 N2质量分数在亚网格控制体内的随机分布情况，其概率密度函数的分布形状分别假定为高斯截尾分布和均匀型（Top-hat）概率分布形式。本研究计算了 FJ200-5GP-Lr75-57（U57）和 FJ200-5GP-Lr75-103（U103）两个工况。这两个工况的射流速度低于极限吹熄速度，尚未发生完全吹熄现象。为了在入流管道中得到完全发展的圆管湍流以匹配实验状态，计算中将入流管道上游设置为周期入口边界条件。对U57和U103两个工况的流场结构、火焰模态及局部熄火现象进行了定性分析，并将两个工况下温度、混合分数、CO2、CO组分质量分数等热力学变量的LES统计数据与实验数据进行详细的对比分析。分析表明，在所研究的部分预混火焰工况下，对入流管道上游采用周期边界条件使本研究获得了良好的圆管湍流。LES良好地模拟出了两工况下不同的局部熄火现象。对N2质量分数分布所假定的Top-hat分布能根据当地流场状态自动调节分布范围，很好的解决多流混合问题。LES预测流场得到的温度、混合分数、CO2、CO 质量分数等热力学变量与实验数据吻合良好。这也进一步验证了REDIM-PFDF模型在计算部分预混燃烧方面的能力。

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作者
侯天增;
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作者单位

江苏大学;

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授予单位江苏大学;
学科动力工程及工程热物理
授予学位硕士
导师姓名王平;
年度 2018
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类高等教育;地下建筑;
关键词
悉尼大学; 均匀入流; 燃烧器; 预混火焰;

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