二維穩(wěn)態(tài)湍流非預(yù)混燃燒的數(shù)值模擬研究.pdf

1、加熱爐是冶金化工工業(yè)的關(guān)鍵裝備之一，其工作狀況對(duì)整個(gè)裝置的效率、能耗和環(huán)保有極為重要的影響。由于高溫和測(cè)量困難，研究人員對(duì)爐內(nèi)燃燒和傳熱過(guò)程的細(xì)節(jié)知之甚少；利用數(shù)值模擬的方法，準(zhǔn)確的描述和確定加熱爐內(nèi)火焰面的位置以及化學(xué)反應(yīng)標(biāo)量的分布情況對(duì)生產(chǎn)管理者具有重要意義。 本文針對(duì)二維穩(wěn)態(tài)湍流非預(yù)混燃燒模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究，其數(shù)學(xué)模型主要分為湍流流動(dòng)模型、簡(jiǎn)化化學(xué)反應(yīng)模型和湍流燃燒模型。湍流流動(dòng)模型采用連續(xù)性方程、N-S方程和k-ε方程

2、；簡(jiǎn)化化學(xué)反應(yīng)模型采用甲烷/空氣58步半詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理；湍流燃燒模型采用基于混合分?jǐn)?shù)的小火焰模型，這是本文研究的重點(diǎn)。 小火焰模型的基本思想是假定湍流火焰的反應(yīng)區(qū)薄于湍流的最小尺度，并將湍流非預(yù)混火焰看作是薄的移動(dòng)的非預(yù)混層流火焰面的一個(gè)系綜。在模型的計(jì)算中，首先推導(dǎo)出相關(guān)的小火焰方程，對(duì)它求解并存入小火焰數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在湍流燃燒場(chǎng)中求出小火焰數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)量(組分濃度和溫度)所依賴的參數(shù)值(混合物分?jǐn)?shù)Z和標(biāo)量耗散率x)，進(jìn)而在小火

3、焰數(shù)據(jù)庫(kù)中查表就可以得到所需要的標(biāo)量結(jié)果，從而大大減少計(jì)算的工作量。小火焰方程可以精確處理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在湍流燃燒計(jì)算中，湍流和化學(xué)反應(yīng)的相互作用使用概率密度函數(shù)的方法進(jìn)行處理。 在湍流擴(kuò)散火焰的條件下，對(duì)兩種不同的過(guò)量空氣系數(shù)情況下的擴(kuò)散火焰進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：不同的過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)火焰面的位置影響不大；過(guò)量空氣系數(shù)增大到1.4，火焰面溫度略有降低，由于空氣速度增加，CO的排放量增大，燃燒室出口溫度升高；小火焰模型不僅能夠很好的