一种基于MMC和REDIM技术的燃烧模型

发布时间：2017-07-25 18:27

  本文关键词：一种基于MMC和REDIM技术的燃烧模型

  更多相关文章： 燃烧模型 概率密度函数 多维条件映射 反应-扩散流形 有限体积-拉格朗日粒子法

【摘要】：概率密度函数(PDF)燃烧模型,适用于计算预混、非预混和部分预混燃烧问题,但在求解PDF输运方程时要求提供一个小尺度混合模型。现有的小尺度混合模型均存在若干不足之处。多维条件映射(MMC)将条件矩封闭、映射封闭联系起来,是一种新型的小尺度混合模型,它借助一个或多个参考变量对拉格朗日粒子进行有条件的挑选并组成粒子对,然后对粒子对进行小尺度混合。MMC模型同时满足了小尺度混合模型应具备的所有6个特性。另一方面,反应-扩散流形(REDIM)技术是一种详细化学反应机理简化方法,它在利用数学方法自动生成低维流形时考虑了化学反应与分子输运的耦合过程,既可以处理快速的燃烧反应,也可以处理扩散过程控制化学反应速度的慢速燃烧反应,实现了对这两个区域的统一描述。本研究基于MMC小尺度混合模型与REDIM化学反应简化方法构造了一种新型的燃烧模型MMC-REDIM,将REDIM技术提供的“多维”流形与MMC技术所采用的“多维”条件映射概念有机统一起来,并将此燃烧模型应用到有限体积-拉格朗日粒子联合算法中:采用有限体积法求解欧拉流场方程以获得过滤后的速度和湍流场,并传递给拉格朗日粒子场以控制粒子在物理和组分空间的运动;同时从粒子的统计信息里获得新的密度场、反应源项等信息,传递给有限体积法用于推进欧拉流场解。针对欧拉流场与拉格朗日粒子场间由于密度强耦合所导致的数值不稳定问题,采用了“等效热焓”方法加“密度修正法”来加以解决。为定量地分析新模型的性能,本文将此MMC-REDIM模型及有限体积-拉格朗日粒子联合算法应用到计算程序LESOCC2C中,对一个一维层流预混火焰进行了计算。将MMC-REDIM模型的计算结果与直接数值计算(DNS)获得的结果进行对比分析,发现两者的层流火焰传播速度及温度、CO2的质量分数、密度、“等效热焓”等变量沿火焰面法向的分布均吻合良好。这表明MMC-REDIM模型能够很好地描述该层流火焰的传播特性。研究还表明:在MMC-REDIM模型计算中如果仅采用“等效热焓”方法,而不引入“密度修正”算法,是难以正确处理欧拉流场与拉格朗日粒子场间的密度强耦合问题。值得指出的是:提出MMC-REDIM模型的目的是发展一种性能良好的亚网格燃烧模型,虽然本论文仅验证了该模型在计算层流火焰方面的性能,但它完全可以推广应用于湍流火焰的大涡模拟计算。
【关键词】：燃烧模型 概率密度函数 多维条件映射 反应-扩散流形 有限体积-拉格朗日粒子法
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 湍流燃烧模型简述13-19
• 1.2.1 快速化学反应模型13-14
• 1.2.2 火焰面模型14-15
• 1.2.3 条件统计矩模型15-16
• 1.2.4 动态增厚火焰模型16-18
• 1.2.5 概率密度函数模型18-19
• 1.3 本文研究内容19-21
• 第二章 数值方法21-39
• 2.1 PDF输运方程方法21
• 2.2 PDF输运方程求解方法21-24
• 2.3 小尺度混合模型24-28
• 2.3.1 MC方法24-25
• 2.3.2 EMST模型25-26
• 2.3.3 Curl模型26-27
• 2.3.4 IEM模型27-28
• 2.4 MMC模型28-33
• 2.4.1 早期MMC模型28-32
• 2.4.2 广义MMC模型32-33
• 2.5 化学反应机理简化方法33-38
• 2.5.1 ILDM方法34-36
• 2.5.2 REDIM方法36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 基于MMC和REDIM技术的燃烧模型39-49
• 3.1 有限体积－拉格朗日粒子耦合算法39-40
• 3.2 MMC-REDIM燃烧模型的构建40-46
• 3.2.1 MMC粒子配对42-44
• 3.2.2 等效热焓44
• 3.2.3 密度修正方法44-45
• 3.2.4 空间网格变换45
• 3.2.5 粒子的分裂与合并算法45-46
• 3.3 计算程序简介46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 一维层流预混火焰的计算49-56
• 4.1 一维算例介绍49-50
• 4.2 一维REDIM表格50-51
• 4.3 计算结果与DNS结果比较51-54
• 4.4 结果分析与讨论54-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 主要工作和结论56-57
• 5.2 工作展望57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵广播,弓燕舞,黄怡珉,于洪彬;单颗粒圆柱状型煤的燃烧模型[J];动力工程;2002年01期

2 李科;周力行;CHAN C K;;基于二阶矩燃烧模型的液雾燃烧大涡模拟[J];工程热物理学报;2012年03期

3 王大成;刘效洲;;新型垃圾综合燃烧模型[J];热力发电;2013年03期

4 PHLIP J. SMITH ,樊有德;锅炉设计采用综合的燃烧模型[J];锅炉技术;1991年04期

5 戈新贞;程未云;;汽油机双区燃烧模型的探讨[J];河北工学院学报;1988年02期

6 朱访君，吴坚;柴油机理想燃烧模型的一种新表达方法[J];华南理工大学学报(自然科学版);1996年09期

7 金国栋,高世伦;用准维燃烧模型对单缸柴油机性能和排放预测[J];内燃机学报;1993年01期

8 韩向新;姜秀民;崔志刚;;油页岩颗粒燃烧的高温段多相燃烧模型[J];哈尔滨工业大学学报;2007年09期

9 史绍熙,苏万华,陈凯;一个新的高速直喷式柴油机的准维多区燃烧模型[J];工程热物理学报;1993年02期

10 王志明,胡玉平,张元毅,刘增文,李磊;现象学燃烧模型在柴油机设计研究中的应用[J];内燃机工程;1999年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 周先锋;张利军;王国清;;裂解炉在不同燃烧模型下的简化模拟研究[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年

2 刘志江;胡芝娟;刘瑞芝;狄东仁;沈序辉;王世杰;;不同煤质煤焦燃烧模型的研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 潘丽君;最简燃烧模型的两类典型初值问题[D];上海大学;2008年

2 李岳林;汽油机多区燃烧模型的建立及应用研究[D];长安大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 彭倩;柴油机准维燃烧模型的校核方法与应用[D];北京理工大学;2016年

2 李宁宁;一种基于MMC和REDIM技术的燃烧模型[D];江苏大学;2016年

3 范国琛;基于火焰分形特征的汽油机燃烧模型[D];天津大学;2012年

4 汪长军;汽油机非稳定加速工况燃烧模型的建立及其应用[D];长沙理工大学;2004年

，

本文编号：572677