刘阳
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周力行
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许春晓
工程热物理学报
了解有旋和无旋突扩气粒两相详细湍流结构对控制燃料-空气混合、火焰稳定以及燃烧污染物生成很重要.周力行等曾经对其中的两相时平均流场和湍流特性进行过雷诺平均的RANS模拟和测量的研究,但是BANS模拟不能给出详细的两相湍流的瞬态结构.本文建立了二阶矩两相亚网格尺度应力模型,对有旋和无旋同轴突扩气粒两相流动进行了双流体大涡模拟.大涡模拟统计结果得到的两相时间平均速度和均方根脉动速度得到了测量结果的实验检验.大涡模拟瞬态结果显示出有旋和无旋突扩两相流动湍流结构的不同.在有旋情况下,气体流动有多个回流涡,但是没有典型的拟序结构,而无旋情况卜的气体流动有典型的拟序结构.两种情况下的颗粒流动都几乎没有涡结构.
关键词:
突扩燃烧室
,
气体-颗粒流动
,
详细湍流结构
,
大涡模拟
隋春杰
,
周力行
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林博颖
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杨帆
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孔文俊
工程热物理学报
一种改进的代数二阶矩燃烧模型被应用在Flame-D的大涡模拟中.代数二阶矩模型能够将化学反应速率的脉动项进行模拟,更准确地计算化学反应速率.在实际燃烧过程中,化学反应速率不仅与当地的温度以及组分浓度等相关,更与反应物的混合速率有密切的关系.研究考虑了亚网格尺度内混合速率对化学反应速率的影响,提出了改进的代数二阶矩模型.通过与相同模拟条件下的涡耗散概念模型的模拟结果以及实验结果进行对比,改进的代数二阶矩模型的准确性得到了验证,同时亚网格化学反应速率的模拟对总化学反应速率的影响也得到了研究.
关键词:
非预混燃烧
,
大涡模拟
,
代数二阶矩模型
,
亚网格混合速率
王方
,
周力行
工程热物理学报
本文对几种二阶矩湍流反应模型,包括统一二阶矩模型、只考虑温度脉动的二阶矩模型、只考虑浓度脉动关联的二阶矩模型、及同时考虑温度脉动和浓度脉动关联的二阶矩模型,进行了比较.将上述模型加入到FLUENT6.0软件平台上,模拟了不同旋流数下甲烷-空气的旋流燃烧.模拟结果和实验结果进行了比较,探讨了各关联量大小及其对时平均反应率的影响.结果表明,统一二阶矩湍流反应模型具有最好的模拟效果.其原因是,各种关联矩中,化学反应率系数与浓度间的脉动关联最重要.
关键词:
二阶矩模型
,
湍流-反应模型
,
旋流燃烧
李科
,
周力行
,
工程热物理学报
采用亚网格动能（k方程）应力模型、二阶矩（SOM）燃烧模型和欧拉拉氏两相流模型,对乙醇-空气液雾燃烧进行了大涡模拟（LES）。瞬态结果显示：在火焰的高温区域,旋涡强度较大;在高温区边缘附近存在的拟序结构有脱落的趋势。在燃烧装置的燃料进口附近,近喷嘴中心区域,大量液滴聚集在条状湍流拟序结构的周围。LES模拟的统计结果给出的温度分布与实验结果吻合较好。说明SOM燃烧模型适用于液雾两相湍流燃烧研究,计算结果经过和实验数据对比发现,LES-SOM燃烧模型优于RANS-PDF及LES-FA计算结果。数值计算结果与实验结果的误差主要是由于采用统观一步反应机理引起的,表明燃烧模型还有待进一步改进。
关键词:
二阶矩
,
燃烧模型
,
液雾燃烧
,
大涡模拟
张夏
,
周力行
工程热物理学报
对旋流两相流动,用考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型,结合二阶矩两相湍流模型和不同颗粒相边界条件,进行了数值模拟.结果表明,由于考虑了各方向雷诺应力之间的相互转化,雷诺应力从平均运动中得到能量,以及壁面对颗粒运动的衰减作用等因素,该颗粒壁面碰撞模型给出的模拟结果与实验符合较好,而广泛应用的零梯度颗粒壁面边界条件给出的模拟结果最差.
关键词:
颗粒-壁面碰撞
,
壁面边界条件
,
旋流两相流动
周力行
,
李力
,
李荣先
,
张健
工程热物理学报
本文首次用双流体-轨道(连续介质-轨道CT)模型对大尺寸四角喷燃炉内气粒两相流动及煤粉燃烧进行了模拟.该模型基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化的方程,对各子模型用k-e-kp两相湍流模型,EBU-Arrhenius湍流燃烧模型,煤粉颗粒的水分蒸发,热解挥发和焦炭燃烧的扩散-动力模型,DO(离散坐标)辐射模型.采用了将坐标扭转一定角度的方法减小入口射流和网格斜交造成的伪扩散.编制了LEAGAPFURNACE-3程序,分别对冷态模型炉内两相流动和大尺寸炉内三维两相流动和煤粉燃烧进行了模拟,并与颗粒轨道(ST)模型的模拟结果进行了对照.采用PDPA对冷态模型炉内气粒两相流场进行了测量.冷态两相流动的模拟与实验结果的对比表明CT模型的模拟结果和实验符合较好,ST模型所得颗粒浓度分布和实验出入较大.热态模拟的结果给出了两相速度,气相温度,组分浓度和壁面热流分布.模拟结果定性合理.模拟结果显示在出口处由于气流旋转,有一局部高温区存在.
关键词:
四角喷燃煤粉炉
,
气粒两相流动
,
煤粉燃烧
,
双流体模型
于勇
,
周力行
工程热物理学报
本文提出了两相流气相湍流变动的双时间尺度耗散模型,包括气相耗散率的双时间尺度耗散模型和两相速度关联的双时间尺度各向异性耗散模型.用所提出封闭模型模拟了旋流数为0.47的气粒两相流动,发现所提出的湍流变动模型对气相脉动速度的预报结果比原有的单时间尺度模型的预报结果有明显的改进,但是颗粒尾涡的作用仍然需要进一步研究.
关键词:
两相湍流
,
湍流变动
,
两相速度关联
周力行
工程热物理学报
旋流气粒两相流动广泛存在于燃气轮机燃烧室,旋风分离器和旋风炉,锅炉旋流燃烧器等装置中.用测量和数值模拟更好地了解其流动特性,对优化和放大设计,用以提高燃烧效率和收集效率、降低流动阻力和污染物排放,稳定火焰,都十分重要.对其进行了系统的实验测量和数值模拟研究,包括用相位多普勒仪等测量进行的实验研究,雷诺平均模拟和大涡模拟的数值研究,阐明了两相速度,两相湍流特性和颗粒浓度分布等规律,有助于研制低阻力和高效率低污染燃烧装置.
关键词:
旋流流动
,
气粒流动
,
PDPA测量
,
数值模拟
