湍流预溷火焰模型ppt课件.ppt

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1、§3.2湍流预混火焰模型预混火焰/层流火焰传播速度燃料和氧化剂在进入火焰区之前已经均匀混合的火焰称为预混火焰层流火焰传播速度SL是可燃气的物理化学性质，与流动参数无关低雷诺数湍流低雷诺数湍流中，火焰出现皱折和抖动，在高速摄影中仍可发现火焰面基本连续湍流火焰传播速度STST>SLST与流动状态有关高雷诺数湍流燃烧不再存在单一连续的火焰面，整个燃烧区由许多程度不同的已燃和未燃气团组成-----“容积燃烧”影响燃烧速率的因素流动状态分子输运过程和化学动力学因素湍流燃烧速率平均化学反应速率使均流方程组封闭的关健简单化学反应系统，瞬时反应率遵守双分子碰撞模型的Arrhenius公式(

2、3-38)假定压力脉动可暂不考虑，一般情况下由于浓度脉动和温度脉动的相关性(3-39)如何模拟呢？模拟对式(3-38)中的浓度和温度进行雷诺分解，对整个式子进行雷诺平均，对产生的脉动值二阶关联项逐项模拟求得方程的封闭。涉及的需要模化的量很多，在研究湍流燃烧模型的初期开展这种模化十分困难设法找到影响的主要因素，提出的简化表达式，求得方程的封闭，而后通过计算和实验的对比改进模型，发展模型。比较成功EBU模型和SCASM模型以通道内钝体后方预混气体燃烧的湍流流动的模拟为算例在研究区域内，均流的类型可以近似地考虑成具有如下的特征稳定的湍流平面流动压力仅在主流方向上变化主流方向上的扩

3、散、导热和粘性作用相比可忽略不计辐射换热可以不计SCRS假设有效控制均流的微分方程组-1连续性方程轴向动量方程滞止焓方程控制均流的微分方程组-2组分方程(3-40)湍流脉动动能方程(3-2)湍流耗散率方程(3-3)3.2.1旋涡破碎模型旋涡破碎模型(EBU)Eddy-Break-up(EBU)1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比(3-41)2湍流燃烧速率-1对比用k-ε模型和混合长度模型计算湍流粘度的公式假定正比于混合长度

4、与均流速度梯度绝对值的乘积则ε/k正比于均流速度梯度的绝对值燃烧速率一定与燃料浓度有关二维边界层问题湍流燃烧速率(3-42)2湍流燃烧速率-1借助于k和ε(3-43)CEBU和CR是常数，CEBU=0.35~0.4，CR≈6gfu是燃料质量分数的脉动均方根(3-44)(3-43)不仅适用于二维边界层问题，而且适用于其它二维和三维湍流预混燃烧速率的计算(对于二维边界层类型的燃烧问题，计算表明，用式(3-42)比用式(3-42)得到的结果更与实验吻合)3燃料质量分数的脉动均方根gfu的求法(两种)用或其梯度来表示(3-45)或(3-46)建立gfu的输运方程二维边界层问题(3-

5、47)为常数，其值通常取为4温度修正的湍流燃烧速率上述模型中没有考虑温度对燃烧速率的影响均流速度梯度较大，但可燃气温度不高，无剧烈化学反应发生区域，式(3-42)不可能给出合理的燃烧速率以平均参数表示的Arrhenius类型的燃烧速率(3-48)比较(3-42)和(3-48)(3-49)5平面管道内火焰稳定器后面的燃烧场Spaldingetal结果优于只用阿伦纽斯类型的公式(3-48)得到的结果，与实验数据的趋势符合6对旋涡破碎模型的评价功绩在于正确地突出了流动因素对燃烧速率的控制作用，给出了简单的计算公式，为湍流燃烧过程的数学模拟开辟了道路。不足：该模型未能考虑分子输运和

6、化学动力学因素的作用适用范围：一股说来，EBU模型只适用于高雷诺数的湍流预混燃烧过程。3.2.2拉切滑模型在EBU模型基础上，为了体现分子扩散和化学动力学因素的作用Stretch-Cut-And-SlideModel(SCASM)1)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。1湍流燃烧模型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

7、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。2)湍流预混燃烧的速率假定：流体层厚度减半所需时间为t1/2(亦即流体层数增加一倍所需要的时间)(3-50)(3-51)假定：流体层厚度减少的主要原因是流场不均匀性带来的拉伸作用，其速率可以用流场的应变速率表示。t1/2与流场的局部应变速率成反比，(二维流场)(3-52)燃料的消耗速率假设：位于两层流体界面上的火焰面以层流火焰传播速度S向末燃气传播(3-53)下标u和b分别表示末燃状态和已燃状态二维湍流预混燃烧的速率公式(3-54)3)二维边界层类型燃烧问