湍流燃烧的新二阶矩模型及其数值模拟

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利用新二阶矩模型对突扩旋流燃烧室中的流动和燃烧进行了数值模拟,对速度和湍动能的模拟结果表明新二阶矩模型优于不考虑湍流脉动影响的准层流模型、EBU-Arrhenius模型和原二阶矩模型.而对湍流燃烧的模拟分析结果表明,新模型能够合理的预报燃烧的定性规律,如火焰长度随过量空气系数以及旋流数的变化情况,而EBU-Arrhenius模型和原二阶矩模型都不能合理的预报这些趋势.不考虑湍流影响的准层流模型显然不能合理地预报湍流EBU-Arrhenius模型相当于未考虑化学反应动力学因素的影响,因为流场中绝大多数位置上的反应率都是由湍流脉动机制控制的.原有二阶矩模型虽然能考虑湍流和有限反应率的影响,但推导过程中的级数展开近似和多数实际情况不一致,因此会导致严重的误差.新二阶矩模型既能恰当地考虑湍流和有限反应率的相互作用,又能不用二阶矩模型中级数展开近似,这就是为什么新二阶矩模型是四种模型中比较合理的原因.新二阶矩模型针对美国Sandia国家实验室所进行的射流燃烧实验所进行的数值模拟结果表明,新二阶矩模型预报的温度场与实验值符合最好,而且能够合理地预报出燃烧的温度脉动,因此新二阶矩模型对湍流燃烧的模拟总体上优于EBU-Arrhenius模型和原有二阶矩模型等现有的其他几种统观模型.此模型可以兼有合理性和经济性的优点.
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