【硕士论文】加湿湍流扩散燃烧的实验与数值模拟.pdf

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要加湿湍流扩散燃烧的实验与数值模拟摘要为了在提高能源利用效率的同时适应现在越来越严格的环境保护要求，对于高效清洁的能源利用方式的需求日益受到重视。湿空气透平循环（HAT循环）等先进热力循环成为人们研究的重点。在此类循环的燃烧过程中加湿燃烧增加了其的复杂性，详细了解加湿燃烧的热力学和燃烧动力学机理是对这些循环过程进行研究的关键之一。目前国内对这一领域研究得较少，因此本文开展了加湿湍流扩散燃烧的实验与数值模拟研究工作，探求一些加湿燃烧规律并为进一步研究做准备。本文的研究工作主要包括以下几个方面的内容：1）建立了用于进行加湿燃烧机理性研究

2、的实验台，在实验台的设计工作中重点考虑了在该实验台上要能够开展不同加湿燃烧过程的机理性研究，增加对加湿燃烧的理解以及便于采用目前先进的光学测试手段对燃烧室内无反应和反应流场在加湿情况下进行实验研究。2)激光测试技术由于能够获取复杂流动中的详细而精确的实验数据，被认为是流动测试中最合适的技术。本文在国内首先使用二维粒子图像速度仪（PIV）系统对液化石油气/空气的扩散燃烧热态不加湿和加湿以及对应的冷态的速度场进行了一系列的测量，并得到了较为理想的速度场信息，解决了燃烧激光测量中的PIV应用的一些问题，如示踪粒子的选择、背景噪声的消除和PIV系统参数的设置等。I上

3、海交通大学硕士学位论文摘要3）研究比较了目前CFD软件FLUENT提供的几种湍流燃烧数值模拟的方法并选择了适合本文数值模拟的计算模型。针对加湿燃烧机理实验台，本文综合考虑各种模型的应用范围、计算精度以及计算时间等因素，采用RNGk-ε湍流模型、涡耗散燃烧模型对实验进行了数值模拟。并将模拟结果和实验结果进行了比较。4）根据实际燃烧筒的尺寸设计了一个简化的燃烧筒，应用雷诺应力模型和层流小火焰模型对在加湿(200g/kg(DA))和不加湿情况下，不同入口条件下的HAT循环旋流燃烧室中甲烷扩散燃烧特性进行了数值模拟,以比较不同进口空气湿度、压力、温度下的速度场,温度

4、场以及NO的分布情况。研究发现：在复杂燃烧中冷态流场模拟与实际燃烧过程中的流动存在较大差别。实际燃烧中，流动状况变得紊乱。燃烧状况下的回流区在长度和宽度上都明显增大。加湿使回流区变短，使燃烧区的温度降低而且更均匀，也致使NO浓度的降低。关键词：加湿燃烧湍流扩散燃烧PIV数值模拟II上海交通大学硕士学位论文摘要EXPERIMENTALANDNUMERICALRESEARCHONTHEPERFORMANCEOFHUMIDAIRTURBULENTDIFFUSIONCOMBUSTIONABSTRACTInordertoimprovetheefficiencyofen

5、ergyutilizationandadapttotheincreasinglystrictrestrictionsontherequirementsofenvironmentprotection,ithasbeenmoreandmoreimportanttodevelopclearandefficientmethodsforenergyutilization.Atpresent,someadvancedthermalcyclessuchasHumidAirTurbinecyclehavebeenresearchfocus.Thehumidaircombus

6、tionprocessinthesecyclesaddcomplexitytotheregularcombustionprocess,soitisimportanttoinvestigatethethermodynamicsandcombustionkineticsmechanismofthiscombustionprocess.Atpresent,therearefewresearchworkabouthumidaircombustionhavebeencarriedoutinChina,soweperformedanexperimentalandnume

7、ricalstudyinthisthesistoinvestigatethehumidairturbulentdiffusioncombustion，inordertofindsomethingandmakepreparationforfurtherinvestigation.Themainresearchworkinthisthesisisasfollows:1)AnexperimentalfacilityhasbeendesignedandsetupinthisIII上海交通大学硕士学位论文摘要thesistoinvestigatethemechanis

8、mofhumidaircombustion.Duri