煤粉燃烧亚网格模型及小火焰模型的研究

发布时间：2021-08-23 15:26

　　随着计算机水平的提升,数值模拟已经成为研究煤粉燃烧的一种重要手段。然而,现有的简化的煤粉燃烧模型预测精度不高且受人为因素影响严重。本文主要目的是开发适用于煤粉燃烧的高精度亚网格模型和气相燃烧模型以提高煤粉燃烧预测精度。本文提出的气相燃烧模型包括层流/直接模拟和大涡模拟框架下的双混合分数小火焰模型,多混合分数/多入口小火焰模型,多模态小火焰模型,动态人工增厚火焰模型,以及用于检验验证的详细化学反应模型。本文煤粉火焰类别涉及二维对冲层流火焰,三维对冲湍流火焰,交叉射流湍流火焰,伴随流射流火焰,伴随流旋流火焰以及近壁面射流火焰等。为了考虑大涡模拟煤粉燃烧中速度和标量脉动对煤粉燃烧特性的影响,本文提出了颗粒“所见”速度-标量联合概率密度函数（VSJFDF）模型。为了检验验证VSJFDF模型的可靠性,本文对异丙醇燃料蒸发过程及实验室尺度的伴随流煤粉燃烧过程进行了大涡模拟。模拟结果和实验数据,没有考虑亚网格脉动（non-VSJFDF）的模拟结果以及只考虑速度脉动（VFDF）的模拟结果进行了广泛的对比。结果发现,相比于non-VSJFDF和VFDF模型,VSJFDF模型可以显著提高热物性参数的预测精... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：250 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 煤粉燃烧研究概况
    1.2 煤粉燃烧子模型发展现状
        1.2.1 蒸发模型
        1.2.2 挥发分析出模型
        1.2.3 焦炭反应模型
        1.2.4 辐射换热模型
        1.2.5 气相燃烧模型
    1.3 本文研究内容及结构
2 煤粉燃烧数值模拟方法
    2.1 气相控制方程
    2.2 固相控制方程
    2.3 两相耦合源项
    2.4 煤粉燃烧子模型
        2.4.1 挥发分析出模型
        2.4.2 焦炭反应模型
        2.4.3 辐射换热模型
    2.5 层流煤粉燃烧小火焰模型
        2.5.1 双混合分数小火焰模型
        2.5.2 多混合分数小火焰模型
        2.5.3 多模态小火焰模型
    2.6 大涡模拟煤粉燃烧小火焰模型
        2.6.1 双混合分数小火焰模型
        2.6.2 多入口小火焰模型
        2.6.3 多模态小火焰模型
    2.7 求解器及离散格式
    2.8 本章小结
3 速度-标量脉动对煤粉燃烧的影响
    3.1 速度-标量脉动对水分蒸发的影响
        3.1.1 颗粒“所见”速度-标量联合概率密度函数输运方程
        3.1.2 蒸发模型
        3.1.3 计算细节
        3.1.4 模拟结果与讨论
    3.2 速度-标量脉动对煤粉燃烧的影响
        3.2.1 煤粉燃烧模型细节
        3.2.2 CRIEPI火焰实验设置
        3.2.3 计算设置及模拟细节
        3.2.4 射流煤粉计算结果与讨论
    3.3 本章小结
4 层流煤粉燃烧小火焰模型
    4.1 层流煤粉燃烧双混合分数扩散小火焰模型
        4.1.1 煤粉燃烧模型细节
        4.1.2 煤粉燃烧小火焰数据库
        4.1.3 计算设置及模拟细节
        4.1.4 计算结果与讨论
    4.2 层流煤粉燃烧多混合分数扩散小火焰模型
        4.2.1 煤粉燃烧模型细节
        4.2.2 煤粉燃烧小火焰库
        4.2.3 计算设置及模拟细节
        4.2.4 计算结果与讨论
    4.3 假设挥发分成分和化学反应机理对煤粉燃烧特性的影响
        4.3.1 煤粉燃烧模型细节
        4.3.2 计算设置及模拟细节
        4.3.3 计算结果与讨论
    4.4 本章小结
5 大涡模拟煤粉燃烧小火焰模型
    5.1 大涡模拟射流煤粉燃烧双混合分数小火焰模型
        5.1.1 煤粉燃烧模型细节
        5.1.2 煤粉燃烧小火焰数据库
        5.1.3 计算设置及模拟细节
        5.1.4 计算结果与讨论
        5.1.5 第二届CBC workshop—CRIEPI目标火焰[5]
    5.2 大涡模拟旋流煤粉燃烧多入口小火焰模型
        5.2.1 IFRF No.1煤粉锅炉实验设置[9]及煤粉燃烧模型细节
        5.2.2 煤粉燃烧小火焰数据库
        5.2.3 计算设置及模拟细节
        5.2.4 计算结果与讨论
    5.3 大涡模拟射流煤粉燃烧多模态小火焰模型
        5.3.1 煤粉燃烧模型细节
        5.3.2 煤粉燃烧小火焰数据库
        5.3.3 计算设置及模拟细节
        5.3.4 计算结果与讨论
    5.4 本章小结
6 对冲煤粉火焰燃烧特性及煤粉小火焰模型的改进与检验验证
    6.1 三维层流对冲煤粉火焰燃烧特性
        6.1.1 煤粉燃烧模型细节
        6.1.2 计算设置及模拟细节
        6.1.3 计算结果与讨论
    6.2 煤粉燃烧小火焰模型的改进
    6.3 新的煤粉燃烧小火焰模型与多入口小火焰模型的比较
        6.3.1 煤粉燃烧模型细节
        6.3.2 计算设置及模拟细节
        6.3.3 煤粉燃烧小火焰数据库
        6.3.4 计算结果与讨论
    6.4 本章小结
7 颗粒直径及火焰与壁面之间相互作用对小火焰模型的影响
    7.1 煤粉颗粒直径对小火焰模型的影响
        7.1.1 煤粉燃烧模型细节
        7.1.2 计算设置及模拟细节
        7.1.3 计算结果与讨论
    7.2 火焰与壁面之间相互作用对小火焰模型的影响
        7.2.1 煤粉燃烧模型细节
        7.2.2 计算设置及模拟细节
        7.2.3 计算结果与讨论
    7.3 本章小结
8 小火焰模型在交叉射流煤粉锅炉上的应用
    8.1 煤粉燃烧模型细节
    8.2 计算设置及模拟细节
    8.3 计算结果与讨论
        8.3.1 燃烧特性定性分析
        8.3.2 燃烧特性定量分析
    8.4 本章小结
9 本文总结、创新点及展望
    9.1 本文总结
    9.2 本文创新点
    9.3 工作展望
参考文献
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