《湍流燃烧模拟》PPT课件

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1、湍流燃烧数值模拟主要内容湍流燃烧认识湍流燃烧模型Fluent软件中的湍流燃烧模拟第一部分湍流燃烧认识在能源、动力、航空和航天等工程领域，经常遇到的实际燃烧过程几乎全部都是湍流燃烧过程.在湍流燃烧中，湍流流动过程和化学反应过程有强烈的相互关联和相互影响。湍流燃烧的认识湍流通过强化混合而影响着时平均化学反应速率，同时化学反应放热过程又影响着湍流，如何定量地来描述和确定这种相互作用是湍流燃烧研究的一个重要内容.。湍流燃烧的认识组份方程和能量方程中的源项是化学反应源项；化学反应中组份的生成(消耗)率或能量的释放速率是反应物浓度和反应流体温度的强非线性函数；由

2、于湍流影响，化学反应中组份浓度和温度以及化学反应速率都是随时间而脉动的，因此在湍流燃烧的数值模拟中，不仅面临着湍流流动所具有的问题以及脉动标量的输运方程如何处理的问题，还面临着湍流燃烧所特有的，与脉动量呈确定的强非线性函数关系的脉动标量即时平均化学反应速率的模拟。湍流燃烧模拟最基本的问题是反应速率的时均值不等于用时平均值表达的反应速率.火焰正常传播其中：Ｕp为火焰前沿法向移动的分速度；Ｕn为可燃混气在火焰前沿法向移动的分速度。火焰传播速度火焰传播速度其中：up为火焰前沿法向移动的分速度；un为可燃混气在火焰前沿法向移动的分速度。如果火焰传播速度和可燃混气的

3、流动速度方向一致，取负号，反之，取正号。火焰传播速度：火焰相对于无穷远处的未燃混合气在其法线方向上的速度湍流火焰研究方法一类为经典的湍流火焰传播理论，包括皱折层流火焰的表面燃烧理论与微扩散的容积燃烧理论。另一类是湍流燃烧模型方法，是以计算湍流燃烧速率为目标的湍流扩散燃烧和预混燃烧的物理模型，包括几率分布函数输运方程模型和ESCIMO湍流燃烧理论。分布函数P(f)的概念间隔t的时间分数，即几率。处在范围内的时间在空间任何一点上混合物分数的统计分布,其中混合分数是由于瞬态质量分数f随时间脉动而形成的;也称为瞬态质量分数f的几率分布密度，简写为PDF几率产生某个值

4、的可能性Rosin-Rammler分布此处R表示滴径大于doi的液滴重量占液滴总重量的百分数第二部分湍流燃烧模型湍流燃烧唯象模型旋涡破碎模型（eddy-break-upmodel)拉切滑模型(stretch-cut-and-slidemodel)几率密度函数的输运方程模型---Spalding的ESCIMO湍流燃烧理论旋涡破碎模型(EBU)Eddy-Break-up(EBU)基本思想在湍流燃烧区充满了已燃气团和未燃气团，化学反应在这两种气团的交界面上发生，认为平均化学反应率决定于末燃气团在湍流作用下破碎成更小气团的速率，而破碎速率与湍流脉动动能的衰变速率成正

5、比。基本思想(Spalding,1976)把湍流燃烧区考虑成充满末燃气团和已燃气团；气团在湍流的作用下受到拉伸和切割，重新组合，不均匀性尺度下降；在未燃气和已燃气界面上存在着连续的火焰面，它以层流火焰传播速度向末燃部分传播。拉切滑模型(stretch-cut-and-slidemodel)气团尺度的变化过程考虑一个单位厚度的流体块，设其中每层流体块的平均厚度为δ，则该流体块中一共有1/δ层流体。在湍流作用下各层流体的厚度不断减小，流体块内的流体层数不断增加。ESCIMO理论E，engulfment：卷吞，描述在大尺度湍流作用下，一种流体被另一种流体卷吞的过程

6、。S，stretching：拉伸，描述迭在一起的流体层长度增加、厚度减小的过程。C，coherence：粘附，描述流体层不愿分离的一种趋势，认为两层流体一旦由于卷吞碰到一起，那么在传输、拉伸和化学反应的过程中都不会分开，它们互相粘附在一起。I，interdiffusion和化学上的interaction：相互扩散和化学反应，描述在流体层受拉伸的过程中，发生在流体层内部及其交界面上的扩散和化学反应。MO，movingobserver：运动观察者，意味着为了描述相互扩散和化学反应，把坐标系取在流体层上，与流体一起运动。以上模型是从唯象的角度(如拟序结构、流场结构

7、及涡的输运和破碎)来考察湍流燃烧过程。但从研究湍流燃烧的角度看，更为合理的是基于流体力学的角度。湍流燃烧气相模型GeneralizedFinite-RateModel(通用有限速率模型)Non-PremixedCombustionModel（非预混燃烧模型）PremixedCombustionModel（预混燃烧模型）PartiallyPremixedCombustionModel(部分预混燃烧模型)CompositionPDFTransportCombustionModel（组分概率密度输运燃烧模型）有限速率模型Chemicalreactionproces

8、sdescribedusingglobalmecha