湍流燃烧PDF模拟中当地自适应建表的研究和应用

摘要

概率密度函数方法是研究湍流燃烧问题的一种重要方法.因为在概率密度函数输运方程中化学反应源项是封闭的,不需要模拟,所以具有其他方法无法比拟的优越性.但是,由于反应速率方程是一个强刚性强非线性的常微分方程组,它的求解需要花费大量的计算时间,因此需要寻找减少求解化学反应速率方程的计算时间的方法.该文针对这方面问题进行了深入研究.在减少化学反应速率计算时间的方法的研究中,该文在对可行的各种方法进行比较分析的基础上,认为当地自适应建表方法是目前效率最高的方法,因此将它作为研究的主要内容.该文首先对当地自适应建表方法进行了全面综述和深入分析;为了能够将它推广到其它计算流场中,作了适当的改进;最后将改进的方法应用于实际问题,所得出的结果表明改进的方法和早期方法相比,在保持节省计算时间的同时,能够更加精确的模拟流场中的化学热力学状态.

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1研究背景

1.2概率密度函数方法概述

1.3反应过程计算的简化方法

1.4本文的工作

第2章概率密度函数的输运方程

2.1速度和标量的联合PDF输运方程

2.2标量联合PDF输运方程

2.3小尺度混合项模型

2.4 PDF输运方程的求解方法

2.5 Monte Carlo模拟中的问题

第3章当地自适应建表方法

3.1问题的数学描述

3.2解决问题的途径和分析

3.2.1简化反应机理

3.2.2存储与回取

3.3可实现区域和可达区域

3.4当地自适应建表

3.4.1零阶近似和一阶近似

3.4.2误差控制

3.4.3数据表结构

3.4.4建表步骤

3.4.5 ISAT方法的改进

第4章ISAT方法在PMSR中的应用

4.1配对混合搅拌反应器(PMSR)

4.2 ISAT方法的计算效率

4.3 ISAT方法耗费的存储空间

4.4 ISAT方法的计算精度

4.5小结

第5章湍流射流扩散火焰及其计算结果

5.1圆柱型轴对称湍流射流扩散火焰的控制方程

5.2坐标变换

5.3速度场求解

5.4标量联合PDF输运方程的求解

5.5速度场和标量场的耦合求解

5.6改进的ISAT方法

5.7计算结果和分析

5.7.1甲烷/空气湍流射流扩散火焰

5.7.2计算时间效率

5.7.3计算精度分析

第6章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表和接收的论文