湍流NO反应时间模型研究

发布时间：2020-05-15 23:10

【摘要】：近年来由于公众对环保问题的关注,污染物排放的控制越来越严格。因此湍流燃烧氮氧化物排放的模拟一直是热点问题。氮氧化物是燃烧主要污染物之一,对环境的危害极大。发展能准确预测NO排放的湍流NO反应模型显得尤为重要。论文一方面开发了新的湍流NO反应时间模型,采用多组火焰验证了模型的计算精度,另一方面在实施方法上进行创新,采用NO反应速率总表的方法大幅提高计算速度。研究发现湍流NO反应时间模型中的模型参数C值不是一个常数,而是随燃料类型发生变化。理论分析表明混合快、燃烧快的燃料C值小。论文详细探究了模型参数C与燃料的混合特性即质量扩散系数D,燃料的燃烧特性即火焰速度S的关系,给出了 C与D和S的关系式,从而封闭了湍流NO反应时间模型。采用不同燃料,不同喷口速度,不同喷口直径的多组湍流非预混射流火焰进行了湍流NO反应时间模型的精度验证。模拟的NO浓度场与测量的NO浓度场吻合良好,证实了模型的模拟精度。在模型实施方面,采用类似PPDF小火焰的查表模式能够大幅提高计算效率。论文详细研究了湍流NO反应速率与混合分数、混合分数方差、火焰温度差的关系。在此基础上,研究了数据表建立方法以及混合分数及方差分段数目对计算精度的影响。在CFD计算过程中,根据当地网格的温度、混合分数、混合分数方差能够快速在数据表中检索并输出对应的NO反应速率。采用这种方法NO反应速率的计算速度较传统积分法能够提高两个数量级。
【图文】：

法采用的是稳态ＰＳＲ计算方法，忽略了邋ＮＯ反应的动态效果（反应时间效果），逡逑所以本质上也是稳态的湍流ＮＯ反应模型。而且从湍流脉动效应的角度讲，该方逡逑法也只考虑了温度的脉动效应，并没有考虑对应的组分脉动效应。图２．２显示了逡逑采用该模型计算湍流Ｈ２射流火焰中心轴向ＮＯ浓度的分布，可见该模型的计算逡逑精度不高，尤其是靠近喷口的区域，，误差较大。逡逑５ｉ－逦■逦．０４逡逑Ｆｌａｍｅ邋Ｂ逡逑——ＣＭＣ逡逑＂ｉ邋＾逦—＊邋ＬＦＭ邋－邋0３邋ｆ逡逑ｉ逦／邋＼邋Ｎ0．逦Ｔ逡逑Ｉ逦／逦－邋0２邋ｉ逡逑Ｉ邋２＇逦／逦Ｉ逡逑＿邋ｉ邋１逡逑０逦２０逦ＡＯ逦１０３逡逑ｘ／Ｄ逡逑图２．１湍流Ｈ２／ＣＯ／Ｎ２混合燃料射流火焰轴向ＮＯ质量分数的实验数据和数值模逡逑拟比较（拉格朗日小火焰模型（ＬＦＭ）是ＵＦＭ方法实现方式的一种［２４】）逡逑２．５Ｅ－０４邋逦逡逑２．０Ｅ－０４逦ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ逡逑ｃ逦ｆｌｕｃｔａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｔ邋ｆ邋＼逡逑ｆ邋１．５Ｅ－０４逦ｙ逡逑Ｉ邋１．０Ｅ－０４逦＊邋ｊ逡逑Ｚ邋５

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【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 林洪昌,陈义良,赵巍;湍流射流扩散火焰中NOx排放量的数值模拟[J];工程热物理学报;1997年01期

相关博士学位论文 前1条

1 韩省思;超声速燃烧中湍流模型的研究[D];中国科学技术大学;2009年

本文编号：2665761