基于OpenFOAM的甲烷湍流燃烧LES数值研究
发布时间：2021-10-25 01:53
针对燃气轮机燃烧技术的研究一直是燃烧领域的热点问题之一。燃烧化学反应是一个非常复杂的过程,在反应发生时会产生许多中间产物如活性自由基、不同状态原子和离子等,这些中间产物与点火延迟时间、火焰发展、火焰结构、燃烧稳定性以及污染物的产生等都有着密切的联系,这种相互作用对燃烧过程具有重要的影响,然而对于这一相互作用的机理还未完全清晰。因此,本文基于OpenFOAM开源计算平台,开展了同轴射流燃烧室内甲烷湍流扩散燃烧的数值模拟研究。首先,本文采用LES方法研究了简化的同轴射流燃烧室内甲烷湍流扩散燃烧的过程,选用Smagorinsky湍流模型捕捉甲烷湍流燃烧过程的流动情况,选用PaSR燃烧模型模拟甲烷在燃烧室内和空气的燃烧情况。通过对甲烷在同轴射流燃烧室内湍流燃烧的过程进行数值模拟研究,并且将数值模拟结果与实验数据进行对比分析,发现模拟值与实验值吻合较好。验证了本文求解器的正确性和选用数学模型的准确性。其次,采用甲烷单步反应机理对燃烧室内甲烷湍流扩散火焰的燃烧特性进行了研究,着重研究了初始压力和入口速度对燃烧过程的影响,以及各组分的浓度分布特性。结果表明入口速度相同时,初始压力从1atm增大到2a...
【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】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 燃气轮机燃烧特性的研究
1.2.2 甲烷湍流燃烧的研究
1.3 主要内容和技术路线
2 关于湍流燃烧的模拟方法及其模型验证
2.1 数学模型
2.1.1 湍流模型
2.1.2 燃烧模型
2.2 OpenFOAM介绍
2.3 模型验证
2.4 网格无关性验证
2.5 本章小结
3 单步反应机理下甲烷燃烧过程的数值研究
3.1 初始压力对燃烧过程的影响
3.1.1 速度场分布
3.1.2 涡结构
3.1.3 温度场和火焰发展
3.2 入口速度对燃烧过程的影响
3.2.1 速度场分布
3.2.2 涡结构
3.2.3 温度场和火焰发展
3.3 浓度分布特性
3.3.1 反应物浓度
3.3.2 生成物浓度
3.4 本章小结
4 详细反应机理下甲烷燃烧过程的数值研究
4.1 点火延迟时间
4.1.1 不同初始压力下的点火延迟时间
4.1.2 不同入口速度下的点火延迟时间
4.2 详细反应机理下初始压力对燃烧过程的影响
4.2.1 速度场分布
4.2.2 涡结构
4.2.3 温度场和火焰发展
4.3 详细反应机理下入口速度对燃烧过程的影响
4.3.1 速度场分布
4.3.2 涡结构
4.3.3 温度场和火焰发展
4.4 浓度分布特性
4.4.1 反应物浓度
4.4.2 中间产物浓度
4.4.3 活性组分浓度
4.4.4 主要排放物浓度
4.5 详细反应和单步反应机理的结果对比
4.6 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]大涡模拟燃烧模型在扩散火焰中的对比研究[J]. 刘潇,龚诚,李智明,郑洪涛. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[2]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)
[3]湍流扩散火焰局部熄火现象的大涡模拟研究[J]. 朱文中,杨渐志,陈靖,陈义良. 推进技术. 2015(06)
[4]燃气轮机燃烧过程中污染物排放影响规律研究[J]. 王峰,肖俊峰,王玮,李晓丰. 热力发电. 2015(05)
[5]甲烷/空气射流抬举火焰的大涡模拟计算[J]. 韩超,张培,叶桃红,陈义良. 推进技术. 2014(05)
[6]CH4/H2/N2射流火焰的大涡模拟和POD分析[J]. 陈靖,赵平辉,韩超,朱旻明,陈义良. 工程热物理学报. 2013(07)
[7]基于动态全增厚火焰模型对甲烷/空气非预混燃烧的大涡模拟[J]. 张科,尚明涛,罗坤,樊建人. 工程热物理学报. 2012(10)
[8]圆形射流湍流场的大涡模拟研究[J]. 赵平辉,叶桃红,朱旻明,陈靖,陈义良. 工程热物理学报. 2012(03)
[9]基于动态增厚火焰模型三维全可压缩非预混燃烧的大涡摸拟[J]. 尚明涛,张文普,张科,樊建人. 燃烧科学与技术. 2010(06)
[10]不同初始压力下掺氢天然气的燃烧特性[J]. 焦琦,苗海燕,黄佐华,蒋德明,曾科. 燃烧科学与技术. 2009(03)
硕士论文
[1]气体燃料高压射流及燃烧特性的数值模拟研究[D]. 曹家皓.北京交通大学 2018
[2]反应机理对某重型燃气轮机燃烧影响的数值研究[D]. 刘洋.沈阳工程学院 2018
[3]甲烷燃料的燃烧机理及其在燃气轮机中的应用[D]. 梁双.沈阳航空航天大学 2014
[4]燃气轮机燃烧室污染生成的数值分析[D]. 王迪.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
本文编号：3456414
【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】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 燃气轮机燃烧特性的研究
1.2.2 甲烷湍流燃烧的研究
1.3 主要内容和技术路线
2 关于湍流燃烧的模拟方法及其模型验证
2.1 数学模型
2.1.1 湍流模型
2.1.2 燃烧模型
2.2 OpenFOAM介绍
2.3 模型验证
2.4 网格无关性验证
2.5 本章小结
3 单步反应机理下甲烷燃烧过程的数值研究
3.1 初始压力对燃烧过程的影响
3.1.1 速度场分布
3.1.2 涡结构
3.1.3 温度场和火焰发展
3.2 入口速度对燃烧过程的影响
3.2.1 速度场分布
3.2.2 涡结构
3.2.3 温度场和火焰发展
3.3 浓度分布特性
3.3.1 反应物浓度
3.3.2 生成物浓度
3.4 本章小结
4 详细反应机理下甲烷燃烧过程的数值研究
4.1 点火延迟时间
4.1.1 不同初始压力下的点火延迟时间
4.1.2 不同入口速度下的点火延迟时间
4.2 详细反应机理下初始压力对燃烧过程的影响
4.2.1 速度场分布
4.2.2 涡结构
4.2.3 温度场和火焰发展
4.3 详细反应机理下入口速度对燃烧过程的影响
4.3.1 速度场分布
4.3.2 涡结构
4.3.3 温度场和火焰发展
4.4 浓度分布特性
4.4.1 反应物浓度
4.4.2 中间产物浓度
4.4.3 活性组分浓度
4.4.4 主要排放物浓度
4.5 详细反应和单步反应机理的结果对比
4.6 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]大涡模拟燃烧模型在扩散火焰中的对比研究[J]. 刘潇,龚诚,李智明,郑洪涛. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[2]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)
[3]湍流扩散火焰局部熄火现象的大涡模拟研究[J]. 朱文中,杨渐志,陈靖,陈义良. 推进技术. 2015(06)
[4]燃气轮机燃烧过程中污染物排放影响规律研究[J]. 王峰,肖俊峰,王玮,李晓丰. 热力发电. 2015(05)
[5]甲烷/空气射流抬举火焰的大涡模拟计算[J]. 韩超,张培,叶桃红,陈义良. 推进技术. 2014(05)
[6]CH4/H2/N2射流火焰的大涡模拟和POD分析[J]. 陈靖,赵平辉,韩超,朱旻明,陈义良. 工程热物理学报. 2013(07)
[7]基于动态全增厚火焰模型对甲烷/空气非预混燃烧的大涡模拟[J]. 张科,尚明涛,罗坤,樊建人. 工程热物理学报. 2012(10)
[8]圆形射流湍流场的大涡模拟研究[J]. 赵平辉,叶桃红,朱旻明,陈靖,陈义良. 工程热物理学报. 2012(03)
[9]基于动态增厚火焰模型三维全可压缩非预混燃烧的大涡摸拟[J]. 尚明涛,张文普,张科,樊建人. 燃烧科学与技术. 2010(06)
[10]不同初始压力下掺氢天然气的燃烧特性[J]. 焦琦,苗海燕,黄佐华,蒋德明,曾科. 燃烧科学与技术. 2009(03)
硕士论文
[1]气体燃料高压射流及燃烧特性的数值模拟研究[D]. 曹家皓.北京交通大学 2018
[2]反应机理对某重型燃气轮机燃烧影响的数值研究[D]. 刘洋.沈阳工程学院 2018
[3]甲烷燃料的燃烧机理及其在燃气轮机中的应用[D]. 梁双.沈阳航空航天大学 2014
[4]燃气轮机燃烧室污染生成的数值分析[D]. 王迪.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2010
本文编号：3456414
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3456414.html
