贫燃预混旋流燃烧大涡模拟及模型对比分析
发布时间：2021-09-08 07:58
贫燃预混燃烧技术不仅提高燃烧室的燃烧效率,还能有效降低NOx排放。在实际应用中发现,燃烧过程极易发生回火、热声震荡等不稳定性现象,是阻碍该技术发展的一大瓶颈,因此基于宏观火焰形态开展湍流环境下贫燃旋流燃烧特性的基础研究对燃烧不稳定机理研究具有深远的指导性意义。因此本文紧紧围绕贫燃预混旋流燃烧,针对不同火焰形态变化、不同流场工况及之间的相互作用进行实验研究,并在实验基础上对贫燃预混旋流燃烧室建立大涡模拟数值模型,聚焦分析不同热边界条件和亚网格燃烧模型的适用性能,并进行验证。相比实验,大涡模拟方法在湍流预混燃烧中可以预测到复杂的流场结构、动态燃烧过程、湍流涡旋结构。具体研究内容包括下几项:（1）通过OH*自发光成像系统拍摄不同旋流数和当量比下火焰形态,结果表明,随着当量比的降低,火焰经历了紧缩型火焰向M型火焰转变,不同旋流数的临界的过渡性火焰都发生在当量比为0.7附近,过渡态火焰喷嘴处OH*呈现大幅度不规则振荡。（2）利用PIV和OH*自发光的同步拍摄分析紧缩型、M型及其过渡态流场结构对燃烧过程的影响,并为数值模型建立提供实...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
1.1 低污染燃烧技术
1.2 LPC不稳定性特征
1.2.1 燃烧不稳定性问题
1.2.2 贫燃预混旋流燃烧特征
1.3 旋流燃烧数值模拟概述
1.3.1 数值模拟方法
1.3.2 湍流燃烧模型
1.3.3 热边界条件
1.4 研究内容及技术路线
2 大涡模拟数学模型
2.1 基本控制方程
2.2 大涡模拟方法
2.2.1 过滤函数
2.2.2 大涡模拟控制方程
2.3 亚格子湍流模型
2.4 湍流燃烧模型
2.4.1 有限速率/涡耗散模型(FR/ED)
2.4.2 增厚火焰模型(TF)
2.4.3 化学反应机理修正
2.5 数值求解方法
2.5.1 有限体积法及离散格式
2.5.2 压力-速度耦合算法
2.6 涡旋结构判别方法
2.7 本章小结
3贫燃预混旋流燃烧特性实验
3.1 实验系统
3.2 测试手段及图像处理
3.2.1 PIV 速度测量
3.2.2 OH*发光火焰成像系统
3.2.3 本征正交分解(POD)
3.3 火焰形态结果分析
3.3.1 OH*发光图像
3.3.2 典型火焰形态特征分析
3.4 典型火焰形态流场结果分析
3.4.1 燃烧过程对流场的影响
3.4.2 POD分析
3.5 本章小结
4 贫燃旋流燃烧数值模型建立与优化
4.1 几何模型及网格验证
4.2 数值模型合理性分析
4.2.1 预混燃烧特征尺度
4.2.2 湍流和火焰相互作用机制
4.2.3 湍流预混燃烧模态分析
4.3 大涡模拟计算方案
4.4 非反应流场模拟分析
4.5 不同热边界条件模拟结果讨论
4.4.1 温度分布
4.4.2 时均流场对比
4.6 不同燃烧模型模拟结果讨论
4.5.1 火焰锋面对比
4.5.2 流场对比
4.5.3 大尺度涡结构分析
4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]通过使用耦合换热模型模拟通过柴油机活塞的热损失和研究热障涂层对换热损失的影响规律[J]. P.Kundu,R.Scarcelli,S.Som,A.Ickes,Y.Wang,J.Kiedaisch,M.Rajkumar,闫红梅,陈建伟. 汽车与新动力. 2018(04)
[2]旋进涡核与火焰面耦合作用对燃烧稳定性影响的数值研究[J]. 王振林,李祥晟,庄士超,杨诏. 西安交通大学学报. 2018(07)
[3]同轴射流燃烧室非预混湍流燃烧流场特性大涡模拟研究[J]. 周瑜,乐嘉陵,黄渊. 推进技术. 2017(07)
[4]CH4/空气和C3H8/空气预混湍流火焰结构及湍流火焰速度测量[J]. 俞森彬,王金华,聂要辉,张猛,金武,黄佐华. 燃烧科学与技术. 2016(04)
[5]湍流贫燃预混射流火焰的大涡模拟[J]. 张宏达,叶桃红,陈靖,赵马杰. 推进技术. 2015(07)
[6]两种亚网格燃烧模型的对比研究[J]. 王平,陆少杰. 工程热物理学报. 2014(12)
[7]燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析[J]. 唐刚志,张力,杜宝程,尚会超. 重庆大学学报. 2014(09)
[8]湍流燃烧模型在燃烧室数值模拟中的对比分析[J]. 刘重阳,戴斌. 燃气涡轮试验与研究. 2014(05)
[9]CH4/O2/CO2层流预混火焰传播速度实验研究[J]. 胡贤忠,于庆波,秦勤,王泽鑫. 东北大学学报(自然科学版). 2013(11)
[10]某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟[J]. 刘富强,张栋芳,崔耀欣,崔玉峰,徐纲,朱俊强. 燃气轮机技术. 2011(01)
博士论文
[1]湍流有旋流冷态流场及扩散火焰的大涡模拟[D]. 张济民.中国科学技术大学 2013
[2]双旋流合成气非预混燃烧特性的实验研究与数值模拟[D]. 郭培卿.上海交通大学 2011
[3]低热值燃气预混火焰燃烧机理研究[D]. 颜蓓蓓.天津大学 2010
[4]合成气稀释旋流扩散火焰燃烧特性研究[D]. 张永生.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[5]边界条件对柴油机瞬态工况下燃烧的影响及数值模拟[D]. 王忠恕.吉林大学 2006
硕士论文
[1]人字形板式换热器的大涡模拟研究[D]. 刘欢.北京化工大学 2017
[2]环帆伞结构透气量对气动性能的影响[D]. 甘小娇.南京航空航天大学 2015
[3]大涡模拟在复杂流场中的计算与分析[D]. 张少江.南京航空航天大学 2015
[4]贫燃预混旋流燃烧不稳定性大涡模拟[D]. 王海连.大连理工大学 2014
[5]本生灯火焰羟基的平面激光诱导荧光测量方法研究[D]. 贾博阳.哈尔滨工业大学 2013
[6]FGM预混及部分预混湍流燃烧模型研究与应用[D]. 杨金虎.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
本文编号：3390426
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
1.1 低污染燃烧技术
1.2 LPC不稳定性特征
1.2.1 燃烧不稳定性问题
1.2.2 贫燃预混旋流燃烧特征
1.3 旋流燃烧数值模拟概述
1.3.1 数值模拟方法
1.3.2 湍流燃烧模型
1.3.3 热边界条件
1.4 研究内容及技术路线
2 大涡模拟数学模型
2.1 基本控制方程
2.2 大涡模拟方法
2.2.1 过滤函数
2.2.2 大涡模拟控制方程
2.3 亚格子湍流模型
2.4 湍流燃烧模型
2.4.1 有限速率/涡耗散模型(FR/ED)
2.4.2 增厚火焰模型(TF)
2.4.3 化学反应机理修正
2.5 数值求解方法
2.5.1 有限体积法及离散格式
2.5.2 压力-速度耦合算法
2.6 涡旋结构判别方法
2.7 本章小结
3贫燃预混旋流燃烧特性实验
3.1 实验系统
3.2 测试手段及图像处理
3.2.1 PIV 速度测量
3.2.2 OH*发光火焰成像系统
3.2.3 本征正交分解(POD)
3.3 火焰形态结果分析
3.3.1 OH*发光图像
3.3.2 典型火焰形态特征分析
3.4 典型火焰形态流场结果分析
3.4.1 燃烧过程对流场的影响
3.4.2 POD分析
3.5 本章小结
4 贫燃旋流燃烧数值模型建立与优化
4.1 几何模型及网格验证
4.2 数值模型合理性分析
4.2.1 预混燃烧特征尺度
4.2.2 湍流和火焰相互作用机制
4.2.3 湍流预混燃烧模态分析
4.3 大涡模拟计算方案
4.4 非反应流场模拟分析
4.5 不同热边界条件模拟结果讨论
4.4.1 温度分布
4.4.2 时均流场对比
4.6 不同燃烧模型模拟结果讨论
4.5.1 火焰锋面对比
4.5.2 流场对比
4.5.3 大尺度涡结构分析
4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]通过使用耦合换热模型模拟通过柴油机活塞的热损失和研究热障涂层对换热损失的影响规律[J]. P.Kundu,R.Scarcelli,S.Som,A.Ickes,Y.Wang,J.Kiedaisch,M.Rajkumar,闫红梅,陈建伟. 汽车与新动力. 2018(04)
[2]旋进涡核与火焰面耦合作用对燃烧稳定性影响的数值研究[J]. 王振林,李祥晟,庄士超,杨诏. 西安交通大学学报. 2018(07)
[3]同轴射流燃烧室非预混湍流燃烧流场特性大涡模拟研究[J]. 周瑜,乐嘉陵,黄渊. 推进技术. 2017(07)
[4]CH4/空气和C3H8/空气预混湍流火焰结构及湍流火焰速度测量[J]. 俞森彬,王金华,聂要辉,张猛,金武,黄佐华. 燃烧科学与技术. 2016(04)
[5]湍流贫燃预混射流火焰的大涡模拟[J]. 张宏达,叶桃红,陈靖,赵马杰. 推进技术. 2015(07)
[6]两种亚网格燃烧模型的对比研究[J]. 王平,陆少杰. 工程热物理学报. 2014(12)
[7]燃烧室热边界对微型发动机瞬态燃烧特性影响数值分析[J]. 唐刚志,张力,杜宝程,尚会超. 重庆大学学报. 2014(09)
[8]湍流燃烧模型在燃烧室数值模拟中的对比分析[J]. 刘重阳,戴斌. 燃气涡轮试验与研究. 2014(05)
[9]CH4/O2/CO2层流预混火焰传播速度实验研究[J]. 胡贤忠,于庆波,秦勤,王泽鑫. 东北大学学报(自然科学版). 2013(11)
[10]某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟[J]. 刘富强,张栋芳,崔耀欣,崔玉峰,徐纲,朱俊强. 燃气轮机技术. 2011(01)
博士论文
[1]湍流有旋流冷态流场及扩散火焰的大涡模拟[D]. 张济民.中国科学技术大学 2013
[2]双旋流合成气非预混燃烧特性的实验研究与数值模拟[D]. 郭培卿.上海交通大学 2011
[3]低热值燃气预混火焰燃烧机理研究[D]. 颜蓓蓓.天津大学 2010
[4]合成气稀释旋流扩散火焰燃烧特性研究[D]. 张永生.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
[5]边界条件对柴油机瞬态工况下燃烧的影响及数值模拟[D]. 王忠恕.吉林大学 2006
硕士论文
[1]人字形板式换热器的大涡模拟研究[D]. 刘欢.北京化工大学 2017
[2]环帆伞结构透气量对气动性能的影响[D]. 甘小娇.南京航空航天大学 2015
[3]大涡模拟在复杂流场中的计算与分析[D]. 张少江.南京航空航天大学 2015
[4]贫燃预混旋流燃烧不稳定性大涡模拟[D]. 王海连.大连理工大学 2014
[5]本生灯火焰羟基的平面激光诱导荧光测量方法研究[D]. 贾博阳.哈尔滨工业大学 2013
[6]FGM预混及部分预混湍流燃烧模型研究与应用[D]. 杨金虎.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
本文编号：3390426
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3390426.html
