碳氢燃烧火焰中介质非灰辐射计算研究

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1、类号学号M201271123学校代码10487密级硕士学位论文碳氢燃烧火焰中介质非灰辐射计算研究学位申请人：王扶辉学科专业：热能工程指导教师：娄春副教授答辩日期：2015年5月20日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyonNon-grayRadiationCalculationforHydrocarbonCombustionFlameCandidate:WangFuhuiMajor:T

2、hermalEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.LouChunHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日

3、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日华中科技大学硕士学位论文摘要碳氢燃烧火焰广泛存在于工业炉窑、锅炉炉膛等场合，其燃烧产物中参与辐射换热的主要有以二氧化

4、碳和水蒸气为代表的气体以及碳黑粒子和团聚体为代表的固体；气体的辐射特性呈现较强的光谱选择性，而团聚体的辐射特性除了与波长有关还被其复杂的分形结构所影响，这使辐射问题的准确求解变得困难。因此，研究燃烧系统中介质的辐射特性分布对分析燃烧机理、提高燃烧效率有非常重要的意义。本文首先分别介绍了计算气体介质和粒子介质辐射特性的FSK模型、GMM理论以及求解辐射传递方程的DRESOR法，基于k分布的FSK模型可得到混合气体在全光谱上的非灰辐射特性；GMM理论可求得粒子及不同分形结构团聚体的光谱辐射特性；DRESOR法跟介质辐射特性求解方法耦

5、合可计算给出系统中高方向分辨率的空间辐射强度分布。然后采用FSK模型、GMM理论结合DRESOR法对一维系统中的介质辐射进行了计算，得到辐射强度、热流等分布。针对气体考虑了等温和温度分层的情况，以及富氧燃烧和空气燃烧两种燃烧形式，探究了温度、浓度对辐射特性的影响；针对粒子分别对单颗粒、双颗粒和满足独立散射的粒子云进行了研究，分析了尺度参数、光学常数及粒子间距对辐射特性的影响。最后通过对实际的乙烯层流扩散火焰采用TSPD-TEM法进行碳黑团聚体取样分析，得到不同火焰高度处碳黑团聚体的分形参数，模拟出团聚体的分型结构并采用GMM理论

6、求得各工况时的散射因子、吸收因子等分布。由辐射特性沿火焰高度的分布分析火焰中碳黑团聚体的生成机理以及不同氧化剂对团聚体生成的影响；由团聚体的光谱辐射特性分析其整体的散射吸收性质。关键词：FSK模型；GMM理论；非灰辐射特性；DRESOR法；分形结构I华中科技大学硕士学位论文AbstractHydrocarboncombustionflamewidelyexistsinindustrialfurnaces,boilerfurnaceandotheroccasions.Theproductsofcombustioninvolvedi

7、nradiativeheattransfermainlyincludegasproducts(carbondioxideandwatervapor)andsoot(particlesandaggregates).Radiationpropertiesofthegaspresentastrongspectralselectivity,andthesoot’spropertiesdependonbothwavelengthanditscomplexfractalstructure.Thismakesitdifficulttosolv

8、etheradiationproblem.Therefore,itisimportanttounderstandtheradiationpropertiesofhydrocarboncombustionmediuminimprovingthecombustion