H 2 /CO湍流预混火焰面与涡团相互作用的直接数值模拟

发布时间：2023-07-25 02:48

　　我国作为多煤炭少油少天然气的国家,长久以来以煤炭为主体的能源消费结构在为经济社会发展做出突出贡献的同时也对我国的环境产生了严重的伤害。虽然政府已经开始重视调节优化能源结构,但是这是个长期的过程,并且煤炭作为廉价经济的能源并不会迅速退出历史舞台,因此在使用煤炭的同时如何做到高效清洁的利用也成为了当务之急。而煤基多联产技术可以将煤气化将其变为合成气进行清洁利用并且副产物可以通过梯级利用来降低成本,因此这项技术不失为一条清洁高效燃用煤炭的道路。所制得的合成气一般都含有一定量的氢气,鉴于氢气极其活泼的化学特性,如何科学安全的利用合成气也成为了一项科学课题。数值模拟作为可以深入了解湍流燃烧机理的手段已经得到了广大研究者的认可,直接数值模拟无需对于湍流进行任何假设就可以获得尽量多的流动信息,详细机理反应则可以深入了解燃烧反应中重要中间产物的详细变化,本文基于低马赫数下的纳维斯托克斯湍流方程以及详细机理求解燃烧反应开发了一套直接数值模拟湍流燃烧程序,并且通过与湍流火焰面相互作用的实验解和层流火焰速度对比验证证明了程序在进行湍流燃烧计算上的准确性。本文借用该程序对于简单合成气H₂...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 合成气的工程应用
    1.3 湍流与预混火焰的相互作用的直接数值模拟研究
        1.3.1 火焰面与湍流涡团相互作用研究现状
        1.3.2 预混火焰熄火现象研究现状
        1.3.3 预混火焰着火现象研究现状
        1.3.4 等离子体强化合成气预混火焰研究现状
    1.4 本文主要研究内容
2 控制方程组与数值方法
    2.1 控制方程组
        2.1.1 流体方程
        2.1.2 组分及温度方程
    2.2 数值方法
        2.2.1 时空交错网格以及半隐式迭代方法
        2.2.2 高阶空间阶数实现方法
        2.2.3 标量插值方式选取
        2.2.4 边界处理
        2.2.5 谱方法生成均匀同向湍流
        2.2.6 配对涡生成方法
        2.2.7 火焰面后处理方法
    2.3 程序结构与软硬件环境
        2.3.1 程序流程
        2.3.2 软硬件环境
3 低马赫数变密度直接数值模拟代码验证
    3.1 涡团通过V型火焰面的湍流验证
        3.1.1 计算工况介绍
        3.1.2 计算工况设置
        3.1.3 计算结果与讨论
    3.2 一维预混层流火焰速度的对比验证
        3.2.1 计算工况介绍
        3.2.2 计算工况设置
        3.2.3 计算结果与讨论
    3.3 本章小结
4 湍流与火焰面相互作用的直接数值模拟
    4.1 计算工况介绍
    4.2 计算工况设置
    4.3 计算结果与讨论
        4.3.1 不同当量比对于相互作用的影响
        4.3.2 不同雷诺数对于相互作用的影响
    4.4 本章小结
5 合成气预混火焰熄火与着火的直接数值模拟
    5.1 计算工况介绍
        5.1.1 熄火工况
        5.1.2 着火工况
    5.2 计算工况设置
        5.2.1 熄火工况
        5.2.2 着火工况
    5.3 计算结果与讨论
        5.3.1 不同合成气比例对于熄火的影响
        5.3.2 不同稀释气体比例对于熄火的影响
        5.3.3 不同当量比对于着火的影响
        5.3.4 不同压力对于着火的影响
        5.3.5 不同等离子体浓度对于着火的影响
        5.3.6 不同稀释气比例对于着火的影响
    5.4 本章小结
6 预混合成气自由燃烧射流等离子体强化的直接数值模拟
    6.1 计算工况介绍
    6.2 计算工况设置
    6.3 计算结果与讨论
        6.3.1 不同等离子体浓度对于流场、温度及组分的影响
        6.3.2 不同等离子体浓度对于火焰面的影响
    6.4 本章小结
7 全文总结与展望
    7.1 本文主要结论
    7.2 本文的创新之处
    7.3 对今后工作的展望
参考文献
作者简历



本文编号：3837016