扩散火焰中湍流辐射交互作用的数值模拟

发布时间：2017-08-04 05:08

  本文关键词：扩散火焰中湍流辐射交互作用的数值模拟

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【摘要】：对于湍流反应流中的辐射换热,传统的模拟方法基于平均温度场和平均组分浓度场进行计算。大量的实验和模拟研究表明,传统方法并不能对反应流的辐射传输进行准确的预测。近二三十年来,许多研究机构和学者对湍流辐射计算模型展开研究,表明湍流与辐射是相关的,即存在湍流辐射交互作用(turbulence-radiation interaction,TRI)。因此,选择合适的模型对湍流辐射交互作用进行模拟是非常有必要的。本文采用自定义标量法模拟湍流辐射交互作用。首先通过求解输运方程得到计算区域温度的脉动均方值,构建雷诺时均湍流辐射关联项;然后运用FLUENT软件的UDF功能对离散坐标模型的辐射传输方程进行重新构建,完成湍流辐射交互作用的模拟。将该方法的计算结果与不考虑TRI的辐射计算模型进行对比,发现在考虑TRI的情况下,计算得到的时均温度低于传统辐射计算模型得到的时均温度,而计算得到的生成物时均质量分数与传统辐射计算模型得到的时均质量分数存在差异。此外,本文对两者计算得到的时均辐射源项进行对比,结果表明考虑TRI情况的时均辐射源项高于传统辐射计算方法,这是由于传统辐射计算方法忽略了温度的脉动所导致的。本文还运用假定形状概率密度模型对湍流辐射交互作用进行了模拟。假定瞬时温度和瞬时组分质量分数的脉动服从高斯分布,并根据k-ε-g燃烧模型得到的平均混合分数和混合分数的脉动均方值,以及混合分数与温度、组分质量分数间的线性关系,构建温度、组分质量分数的概率密度函数。基于以上参数构建时均辐射源项和时均吸收系数,并利用UDF功能修改辐射传输方程中的时均辐射源项和时均吸收系数。研究表明,计算得到的主燃区时均温度高于传统辐射计算模型,而且计算得到的辐射源项高于传统辐射计算方法。
【关键词】：湍流辐射交互作用 k-ε-g模型 假定形状概率密度函数模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.3 课题主要研究内容15-16
• 第2章 TRI数值模拟理论基础16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 辐射传输方程16-17
• 2.3 湍流火焰辐射物性参数17-20
• 2.3.1 普朗克平均吸收系数模型17-19
• 2.3.2 灰体加权模型（WSGG）19-20
• 2.4 k-ε-g燃烧模型和概率密度函数模型20-23
• 2.4.1 湍流扩散火焰的k-ε-g模型介绍21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 自定义标量法模拟湍流辐射交互作用24-39
• 3.1 引言24
• 3.2 湍流辐射脉动关联项24-26
• 3.3 燃烧器结构及控制方程26-29
• 3.3.1 网格无关性验证28-29
• 3.3.2 湍流辐射脉动关联项的构建29
• 3.4 甲烷/空气射流扩散火焰的模拟29-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 假定形状概率密度函数法模拟湍流辐射交互作用39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 混合分数与时均标量的关系39-41
• 4.3 时均吸收系数和时均辐射源项的构建41-43
• 4.3.1 混合分数的假定形状概率密度函数41-42
• 4.3.2 时均吸收系数的构建42
• 4.3.3 时均辐射源项的构建42-43
• 4.4 氢气/空气射流扩散火焰的模拟43-51
• 4.4.1 网格无关性验证44-45
• 4.4.2 计算结果45-51
• 4.5 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-62
• 致谢62

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本文编号：617831