多孔介质内流动、传热与燃烧的Chebyshev配置点谱方法数值模拟研究

发布时间：2021-01-22 11:22

　　与传统燃烧技术相比,多孔介质燃烧技术作为一项新型清洁燃烧技术具有巨大的发展潜力,尤其在低热值气体燃烧领域。然而,面向中高温领域的多孔介质燃烧技术存在燃烧不稳定和材料使用寿命短等问题。多孔介质内预混气体燃烧特性研究对多孔介质燃烧技术发展具有重要的现实意义。目前,多孔介质燃烧的研究主要通过实验和数值方法。大多数值方法是通过“体积平均”假设来简化多孔介质燃烧问题,采用有限容积法离散控制方程,并迭代求解控制方程。本文对多孔介质内流动、传热与燃烧问题进行数值模拟,基于Chebyshev配置点谱方法（Chebyshev collocation spectral method,CCSM）对控制方程进行空间离散,将微分方程矩阵化并求解。该方法具有指数收敛精度、计算简单、易于实施等优点。首先,采用一步总包反应模型模拟双层多孔介质燃烧,为了保证数值结果收敛采用投影函数g（x,δ,ξ）来移动Chebyshev-Gauss-Lobatto（CGL）网格加密。建立一维瞬态双温数学模型,在确定各方程系数矩阵确定后可以直接求解。其次,用恒定释热区模拟多孔介质燃烧。建立二维瞬态双温数学模型,采用改进的投影算法（imp... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 多孔介质燃烧技术
        1.2.1 多孔介质燃烧技术概念
        1.2.2 多孔介质燃烧技术特点
    1.3 多孔介质材料与种类
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 国外研究现状
        1.4.2 国内研究现状
    1.5 主要研究内容和方法
第2章 一维双层多孔介质燃烧数值模拟
    2.1 物理模型及基本假设
    2.2 控制方程及边界条件
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 边界条件
    2.3 燃烧反应模型
    2.4 数值方法
        2.4.1 Chebyshev配置点谱方法
            2.4.1.1 Chebyshev多项式
            2.4.1.2 Chebyshev配置点类型
            2.4.1.3 计算区间转换
        2.4.2 移动网格加密
        2.4.3 时间离散和空间离散
    2.5 程序步骤
    2.6 网格无关性验证
    2.7 有效性验证
    2.8 结果与讨论
        2.8.1 燃烧区多孔介质材质对气、固温度分布的影响
        2.8.2 孔隙率和孔径对气、固温度分布的影响
        2.8.3 导热系数和体积对流换热系数对气、固温度分布的影响
        2.8.4 衰减系数对气、固温度分布的影响
        2.8.5 气体进口速度对气、固温度分布的影响
    2.9 本章小结
第3章 二维多孔介质燃烧数值模拟
    3.1 物理模型及基本假设
    3.2 控制方程及边界条件
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 初始及边界条件
    3.3 数值方法
        3.3.1 时间离散
        3.3.2 速度与压力耦合过程
        3.3.3 空间离散
        3.3.4 系数矩阵确定
            3.3.4.1 预估压力场和中间变量场
            3.3.4.2 预估速度场
            3.3.4.3 气体温度场
            3.3.4.4 固体温度场
        3.3.5 矩阵方程求解
    3.4 程序步骤
    3.5 网格无关性验证
    3.6 有效性验证
    3.7 结果与讨论
    3.8 本章小结
第4章 结论与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 系数矩阵推导过程


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Chebyshev谱方法的多孔介质二维方腔内自然流动模拟[J]. 陈元元,李本文,张敬奎.  东北大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]不同背压下多孔介质燃烧器的燃烧特性研究[J]. 张雪梅,李和颖,郑璐,陈志光,秦朝葵.  天然气工业. 2017(02)
[3]泡沫陶瓷材料及其微观结构参数对多孔介质燃烧特性的影响[J]. 谈晚平,陈元元,张敬奎,李本文.  武汉科技大学学报. 2017(01)
[4]关于过滤燃烧非平衡性和火焰结构特性的研究[J]. 谷聪伟,史俊瑞,李智,夏永放.  热能动力工程. 2016(02)
[5]第三代燃烧新技术-多孔介质燃烧技术研发及应用[J]. 饶文涛.  四川冶金. 2010(06)
[6]双层多孔介质内预混燃烧的实验和二维数值模拟[J]. 姜海,赵平辉,陈义良,刘明侯.  工程热物理学报. 2009(05)
[7]多孔介质内层流预混燃烧的数值模拟[J]. 赵平辉,陈义良,刘明侯,丁敏,张根烜.  燃烧科学与技术. 2006(01)

博士论文
[1]封闭方腔内热辐射对参与性磁流体流动与传热的影响[D]. 罗小红.东北大学 2016



本文编号：2993139