【摘 要】
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为了探索高温伴流射流(Jet-in-Hot-Coflow,JHC)无焰燃烧(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution,MILD)建立的条件,本文研究了稳态RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)模型和LES(Large Eddy Simulation)方法建立MILD燃烧数值模型的方式,并探究了MILD燃烧火焰在不同伴流温度与
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为了探索高温伴流射流(Jet-in-Hot-Coflow,JHC)无焰燃烧(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution,MILD)建立的条件,本文研究了稳态RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)模型和LES(Large Eddy Simulation)方法建立MILD燃烧数值模型的方式,并探究了MILD燃烧火焰在不同伴流温度与伴流氧气质量分数下的火焰特性。使用商业CFD(Computational Fluid Dynamics)软件ANSYS FLUENT 15.0,开展稳态RANS模拟,湍流模型采用标准κ-ε双方程模型,化学反应采用DRM22详细反应机理,湍流与化学反应的相互作用采用涡耗散概念(Eddy Dissipation Concept,EDC)模型。网格无关性检验与数值模型有效性验证表明:稳态RANS模型能够准确预测MILD燃烧的主要参数与火焰结构。在稳态模拟的基础上,改变伴流的温度和氧气浓度,探究两者在建立MILD燃烧的过程中起到的作用。模拟结果表明:提高伴流温度加强了火焰内部的传热过程;降低氧气浓度减小了化学反应释放的热量,显著降低了火焰亮度,使火焰锋面变得模糊,氧气浓度在转变燃烧状态时起到更加明显的作用;燃料主射流的初始速度决定了反应区域的湍流时间尺度,伴流温度通过影响湍流时间尺度影响宏观燃烧状态;降低伴流氧气浓度增加了化学反应时间尺度,使宏观燃烧更均匀温和,燃烧模式的转变过程更加规律可控。本文进一步发展了课题组的大涡模拟程序LESsCOAL,尝试使用完全发展的圆管湍流生成入口条件数据库代替原有的入口条件,比较了三种简化机理在大涡模拟中的表现。结果表明:使用入口条件数据库的方法可以较好的预测速度分布和湍流动能分布,同时避免了稳态RANS模型中主流边界条件难以确定的问题;机理中CO2生成CO的反应对CO预测的准确性有重要影响,改进的四步简化机理对CO预测的误差较小;三种简化机理对温度、O2和H2O的预测结果没有差别。
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