基于MMC模型的稀疏拉格朗日模拟研究

发布时间：2017-08-16 06:16

  本文关键词：基于MMC模型的稀疏拉格朗日模拟研究

  更多相关文章： MMC模型 条件映射 概率密度函数 小尺度混合模型 稀疏拉格朗日模拟

【摘要】：湍流燃烧过程广泛地存在于燃气轮机、内燃机中。由于燃烧过程在很大程度上控制着燃料的消耗和污染物的排放,有关燃烧过程的研究依然是能源和环境研究中的重点。燃烧设备中燃烧主要以湍流燃烧的形式出现,因而对湍流燃烧控制问题的研究具有重要意义。 湍流燃烧的数值模拟是研究燃烧问题的重要手段之一。将LES与PDF方法结合起来发展的LES/PDF方法,即使用LES求解速度场同时由PDF方法求解标量场的耦合方法来计算湍流燃烧问题,该方法兼具LES和PDF方法的优点而成为近年的研究热点。 大涡模拟(LES)方法可以直接求解湍流的大尺度信息,而小尺度信息由亚格子模型模化,但此时过滤后的组分方程中,化学反应源项仍需燃烧模型进行模化。该方法以其远小于DNS方法的计算量和高于RANS的精度得到了广泛应用。 PDF方法通过求解PDF输运方程来获知湍流场中物理量的单点单时间统计信息。对于湍流燃烧问题,出现在PDF输运方程中的化学反应源项是封闭的,不存在任何假设。因此PDF方法是相对通用的湍流燃烧模型,能够模拟任意详细的化学动力学过程。 但传统的PDF方法使用密集颗粒的拉格朗日模拟求解,计算量仍然巨大,不利于使用。发展基于MMC模型(多维条件映射模型)的稀疏拉格朗日模拟,可大幅降低PDF方法的计算量。但MMC模型中使用的参考空间特征尺度的选取还没有合适的准则,导致其使用受到限制。 根据MMC模型对标量梯度较大的剪切层作用较为明显的特性,同时考虑颗粒数密度变化带来的影响,本文据此提出一个稀疏拉格朗日MMC的普适模型,以给出MMC模型中参考空间特征尺度的值。采用改进的模型对圆管射流问题进行模拟,结果表明本文提出的模型具有通用性,与文献报道中的给定相空间特征值的方法模拟结果基本一致；同时,开展了稀疏颗粒场统计均方根中噪声的产生及变化规律的研究,计算结果表明稀疏的拉格朗日模拟中出现的随机噪音干扰大小取决于LES网格从颗粒场取值的方式,选取的颗粒越多则噪音越小。
【关键词】：MMC模型 条件映射 概率密度函数 小尺度混合模型 稀疏拉格朗日模拟
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究燃烧问题的背景10-11
• 1.2 湍流燃烧模型11-14
• 1.2.1 化学热力学建表方法11-12
• 1.2.2 CMC模型12-13
• 1.2.3 PDF模型13-14
• 1.3 湍流数值计算方法14-16
• 1.3.1 雷诺平均方法15
• 1.3.2 大涡模拟方法15
• 1.3.3 直接数值模拟15-16
• 1.4 本文的工作16-18
• 第2章 湍流燃烧的LES/PDF方法18-28
• 2.1 大涡模拟的控制方程18-20
• 2.1.1 大涡模拟过滤函数18-19
• 2.1.2 大涡模拟的控制方程19-20
• 2.2 标量联合PDF输运方程20-22
• 2.3 Monte Carlo求解算法22-23
• 2.4 小尺度混合模型23-28
• 2.4.1 IEM模型24
• 2.4.2 Curl模型24-25
• 2.4.3 Mapping Closure模型25
• 2.4.4 EMST模型25-26
• 2.4.5 MMC模型26-28
• 第3章 基于MMC模型的稀疏拉格朗日模拟28-52
• 3.1 MMC模型28-35
• 3.1.1 传统的MMC模型28-34
• 3.1.2 广义的MMC模型34-35
• 3.2 FDF方法35-38
• 3.2.1 联合标量FDF方程35-36
• 3.2.2 FDF方法随机微分方程36-37
• 3.2.3 FDF方法分类37-38
• 3.3 稀疏拉格朗日模拟理论推导38-43
• 3.3.1 稀疏拉格朗日模型38-40
• 3.3.2 广义MMC中的参考变量40-41
• 3.3.3 MMC-LES模型41-43
• 3.4 程序简介43-45
• 3.4.1 大涡模拟程序简介43
• 3.4.2 稀疏FDF方法程序简介43-45
• 3.5 典型圆管射流算例45-50
• 3.5.1 算例简介45-46
• 3.5.2 MMC混合模型参数46-47
• 3.5.3 计算结果与讨论47-50
• 3.6 小节50-52
• 第4章 稀疏FDF模拟中的随机噪音分析52-62
• 4.1 模拟结果中的随机噪音52
• 4.2 随机噪音产生机理52-60
• 4.2.1 标量场结果统计至LES网格点的方式52-53
• 4.2.2 不同取点方式对随机噪音的影响53-57
• 4.2.3 不同颗粒数密度对随机噪音的影响57-60
• 4.3 结果讨论与小结60-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 全文总结62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 在读期间发表的学术论文和取得的其他研究成果69

【共引文献】

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1 张健;张星;姚华栋;;条件滤波大涡模拟方程封闭模型检验[J];工程热物理学报;2011年02期

2 李兆辉;张剑飞;陶文铨;;DES湍流模型计算Re=3900的圆柱扰流[J];工程热物理学报;2013年09期

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5 郑玮琳;阎超;;XY-SAS模型中不同网格尺度限制器的影响分析[J];北京航空航天大学学报;2014年12期

6 李宁宁;王平;王蔡军;;一种基于MMC和REDIM技术的燃烧模型[J];工程热物理学报;2015年04期

7 杨建山;罗坤;白云;邱坤赞;樊建人;;动态亚网格二阶矩湍流燃烧模型[J];工程热物理学报;2015年04期

8 Shiyi Chen;Zhenhua Xia;Jianchun Wang;Yantao Yang;;Recent progress in compressible turbulence[J];Acta Mechanica Sinica;2015年03期

9 刘涛,张堪,孟濵,方韧;椭圆型条件矩封闭模型在湍流扩散火焰中的应用[J];航空动力学报;2003年06期

10 ;Conditional moment closure modeling of a lifted turbulent flame[J];Chinese Science Bulletin;2005年12期

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本文编号：681790