预混湍流燃烧大涡模拟

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1、学校代码：10259密级：公开上海应用技术大学专业学位硕士学位论文题目：预混湍流燃烧大涡模拟英文题目：LargeEddySimulationofTurbulentPremixedcombustion工程领域：安全工程学院：机械工程学号：156092107姓名：王静毅校内导师：罗剑平教授企业导师：赵有中2018年1月2日上海应用技术大学硕士学位论文第I页预混湍流燃烧大涡模拟摘要燃烧是人类最古老的技术;它已被用于一百多万年。目前，我们全球约90％的能源支持都是由燃烧提供的,成为了人类及其重要且非常依赖的一部

2、分;燃烧能造福人类，同时燃烧在某种场合会产生污染。工程实际中大量存在，无论是气体、固体还是液体，燃烧过程中，燃烧产物中或多或少会产生比如一氧化碳、氮氧化物等污染物。湍流燃烧现象常出现在多个领域，比如航空航天、能源等，燃烧的加入使得湍流的流场更为复杂。预混燃烧可以降低一氧化碳和氮氧化物等污染物的排放，与传统的燃烧相比，预混燃烧有更为好的前景。本文以某航空发动机燃烧室建立三维模型，主要研究燃烧室内预混燃烧的燃烧效率以及污染物排放问题。模拟软件采用开源软件OpenFOAM软件，采用大涡模拟(LES)的数值方法

3、，用控制变量法，首先在湍流强度以及入口速度等条件不变的情况下，通过分析三种不同的当量比，得出燃烧室内的温度场、压力场、以及污染物排放量的变化规律。其次，通过改变燃烧室的总长，分析燃烧室的尺寸对于污染物排放的影响。最后对燃烧室中心用EMD分解的方法进行分析，得到了流向速度和垂向速度的各阶模态的情况，并进行比较。得到了以下结论：(1)燃烧室的压力与化学反应以及燃烧室的温度有直接的联系，随着当量比的增加，燃烧室内的温度也会随之升高，与此同时，压力也随之增大，这是由于混合气进入主燃区发生化学反应，导致温度升高，

4、气团迅速膨胀，使得燃烧室压力增大。(2)当量比对污染物排放的影响：提高当量比后，燃烧更加猛烈，火焰外部的湍流脉动更为明显，使燃烧室内各组分混合更加充分。通过对比了不同当量比情况下二氧化碳浓度可知，随着当量比的升高，二氧化碳的浓度随之升高，可以适当减小预混燃料的当量比，来缓解对环境的污染。(3)比较燃烧室的总长对污染物排放的影响，发现燃烧室长度不宜过长，通过比较总长分别为为0.6m、0.8m、1.0m的燃烧室，可以发现，总长为0.6m的燃烧室排放的污染物CO较少。2(4)对燃烧室中心点进行EMD分解，可以

5、发现：时间尺度随着模态增加而增加，则流向速度的脉动是增大的，同时发现在该点流向速度随着时间序列经过EMD分解后各阶模态的局部间歇性是增强的。并且从Hilbert谱图中可以发现频率主要集中在低频部分，Hilbert边际谱比Fourier能谱更加真实地反应湍流燃烧中频率和能量之间的关系。关键词：预混燃烧；大涡模拟；当量比；OpenFOAM第II页上海应用技术大学硕士学位论文LargeEddySimulationofTurbulenceonPremixedCombustionAbstractBurningis

6、theoldesthumantechnology;ithasbeenusedformorethanamillionyears.Atpresent,about90%ofourglobalenergysupportisprovidedbycombustion,becomingapartofhumansandtheirimportantandhighlydependent;burningcanbenefitmankind,whileburningcancausepollutiononsomeoccasions

7、.Inengineeringpractice,thereisagreatdealofexistence,whetheritisgas,solidorliquid.Inthecombustionprocess,pollutantssuchascarbonmonoxideandnitrogenoxideswillbeproducedmoreorlessinthecombustionproducts.Turbulentcombustionoftenoccursinmanyfields,suchasenergy

8、,aerospaceandpowerfields.Theactualcombustionprocessisusuallyaturbulentcombustionprocess.Theadditionofcombustionmakestheturbulentflowfieldmorecomplicated.Premixedcombustioncanreducetheemissionsofpollutantssuchascarbonmonoxi