基于PPDF化学反应速率模型的氮氧化物数值模拟研究

摘要

本文在目前应用广泛的湍流燃烧模拟方法PPDF，即预设概率密度函数的基础上，以混合分数和温度为变量，同时引入时间尺度的考虑，提出了一个NOx计算模型——PPDF化学反应速率模型。在该模型的理论基础上，使用CHEMKIN软件的SENKIN模块，以详细的化学反应机理计算NO的生成速率，并将计算结果拟合建立成数据库。
　　使用该模型在STAR-CD中计算了三组湍流非预混射流火焰:H2、H2/CO/N2和CH4/H2/N2射流火焰，并与Sandia实验室公布的实验数据进行比较。探讨该模型中反应时间分别由积分尺度和Kolmogorov尺度定义的区别，发现两种尺度下该模型都取得了良好的计算结果。
　　同时，探讨了热导率、动力粘度和扩散系数对PPDF化学反应速率模型计算结果的影响，发现扩散系数考虑动力学理论将会使NOx的质量分数上升。最后，使用不同的NOx模型对H2射流火焰进行计算，对比验证该模型预测NOx的计算精度。发现不考虑湍流脉动而采用基元化学反应计算得到的NOx严重偏低，化学反应无限快的假设不能满足NOx计算要求。采用有限化学反应速率假设并且考虑了时间尺度的PPDF化学反应速率模型计算精度最高，该模型在预测NOx上具有一定的优越性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 氮氧化物数值模拟研究背景

1．2 常见的氮氧化物模型

1．2．1 综合模型

1．2．2 Zeldovich模型

1．2．3 EBU-Arrhenius模型

1．2．4 PPDF模型

1．2．5 二阶矩模型

1．2．6 小结

1．3 本文主要工作

第二章 PPDF化学反应速率模型的建立

2．1 湍流燃烧中的时间尺度

2．2 概率密度函数

2．2．1 Battlement分布

2．2．2 截尾正态分布

2．2．3 Beta函数分布

2．3 模型的提出

2．4 本章小结

第三章 湍流燃烧计算

3．1 UDF子程序的建立

3．1．1 CHEMKIN计算

3．1．2 程序的编写及验证

3．2 湍流非预混射流火焰计算

3．2．1 网格设置分析

3．2．2 H2非预混射流火焰计算

3．2．3 H2／CO／N2非预混射流火焰计算

3．2．4 CH4／H2／N2非预混射流火焰计算

3．3 PPDF化学反应速率模型适用性分析

3．4 时间尺度的合理性分析

3．5 本章小结

第四章 模型的修正与对比验证

4．1 输运参数的修正

4．1．1 计算结果对比

4．1．2 对比结果分析

4．1．3 修正后的计算结果

4．2 氮氧化物模型的比较

4．2．1 不同模型计算的组分对比

4．2．2 不同模型计算的温度对比

4．2．3 不同模型计算的氮氧化物对比

4．2．4 对比结果分析

4．3 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 研究结论

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢