高压高雷诺数下实验室尺度湍流火焰射流的大涡模拟

摘要

燃烧作为当代社会为人类提供能源的主要方式，对其进行系统的研究是必要的。该领域的研究对于燃烧器的设计、燃烧效率的提高以及燃烧污染物生成率的降低具有重要意义。在实验领域对燃烧现象的系统研究始于20世纪初。但昂贵的设备费用及实验观测的准确度等问题在某种程度上制约了研究的发展。随着20世纪中叶计算机的发明，用计算机对燃烧现象进行模拟成为可能，而大规模并行计算技术的出现也大大提高了计算的速度与效率。
　　高性能计算在燃烧领域已经有了较为广泛的研究。雷诺平均法（RANS）是第一个用于工业化生产的数值模拟方法。但是该方法的主要问题在于无法对湍流燃烧现象进行准确的预测。直接数值模拟（DNS）能偶对所有的空间尺度和化学反应进行准确的模拟并表征流场及燃烧过程，但该方法对计算设备过高的消耗与依赖导致其不能高效应用。
　　大涡模拟（LES）在湍流燃烧领域的应用始于20世纪90年代，因此是一种相对较新的方法。在发展的过程中，大涡模拟已经被应用于包括湍流燃烧流场分析、污染物预测等研究领域。该数值模拟方法也将是本文的关注重点。
　　燃烧问题和流体的流场分析略有不同，化学模型的加入是研究中的一个必要过程。化学反应和湍流流动在小尺度上的互相影响也促成了湍流燃烧的复杂性。在化学模型的构建上，本文针对研究的非预混火焰，分别采用两种不同的模型，Burke-Schumann模型和稳态小火焰模型，对湍流射流火焰进行建模，并比较两者在精度上的差异。同时将在稳态小火焰模型的基础上提出针对三维平板湍流射流火焰更为准确的计算方法。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究工作

第二章 数值模型

2.1引言

2.2湍流模型

2.3化学反应模型

2.4本章小结

第三章 模拟算例物理结构及边界条件设定

3.1 引言

3.2 数值模拟环境——NGA

3.3 模拟算例及边界条件设定

3.4 本章小结

第四章 湍流燃烧分析

4.1 引言

4.2 燃烧现象描述

4.3 Burke-Schumann化学模型

4.4 稳态小火焰模型

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要工作及结论

5.2 今后研究方向

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文