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甲烷及掺氢燃气吹熄极限的大涡模拟研究

上海交通大学学报 2022年第5期56卷 635-647页

作者：周希瑞王平曾海翔张洋 PRASHANT Shrotriya ANTONIO Ferrante 祁浩天江苏大学能源研究院江苏镇江212013 江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 燃烧与环境中心巴里70023意大利

利用大涡模拟法计算研究甲烷和掺氢燃气在悉尼非均匀入流射流燃烧器上的吹熄极限.利用GRI 3.0详细反应机理和28步、19步简化反应机理对比计算不同掺氢燃气状态下的层流预混火焰,证明了19步简化反应机理具有良好性能.利用动态增厚火焰燃... 详细信息

利用大涡模拟法计算研究甲烷和掺氢燃气在悉尼非均匀入流射流燃烧器上的吹熄极限.利用GRI 3.0详细反应机理和28步、19步简化反应机理对比计算不同掺氢燃气状态下的层流预混火焰,证明了19步简化反应机理具有良好性能.利用动态增厚火焰燃烧模型结合19步反应机理,计算研究以掺氢燃气(体积比V(H_(2))∶V(CH_(4))∶V(CO)∶V(CO_(2))=0.2∶0.2∶0.27∶0.33)为燃料的悉尼部分预混中心射流火焰.计算得到在FA和FJ布局下,掺氢燃气的火焰吹熄极限速度分别为90 m/s和109 m/s,甲烷的火焰吹熄极限速度分别为74 m/s和128 m/s,分析发现吹熄极限的差异与不同布局下燃气与空气混合不均匀程度相关.研究表明,优化燃气与空气的进气布局和掺混过程可以提升燃烧稳定性.

关键词：部分预混火焰吹熄极限掺氢燃气增厚火焰模型大涡模拟

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双旋流火焰不稳定性模态转换

燃烧科学与技术 2022年第4期28卷 471-480页

作者：徐欣宇王平姜霖松李伟超曾海翔何祖强 Prashant Shrotriya 江苏大学能源研究院镇江212013

采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V... 详细信息

采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V型.对此过程计算的数据进行后处理,分析其前后各自温度场,平均轴向、径向燃烧室内速度分布,取x分别为5 mm、15 mm、25 mm、40 mm、60 mm处轴向和径向脉动速度,采用Q准则方法,POD方法分析流场中的涡旋结构,从而分析其燃烧不稳定性和影响火焰结构的主要因素.发现模态转换前平均火焰为“M”型,转换后为“V”型,V型火焰是一种更为稳定的火焰结构,火焰模态的转换受内、外剪切层位置的直接影响并与涡脱落模式有重要关系.

关键词：燃烧不稳定性旋流火焰模态转换 Q准则正交分解

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基于DTF模型的部分预混火焰大涡模拟研究

基于DTF模型的部分预混火焰大涡模拟研究

作者：曾海翔江苏大学

学位级别：硕士

在实际燃烧装置中,燃料和空气的混合状态很难达到完全预混,混合气通常以部分预混的方式进行燃烧。因此,对部分预混火焰的研究具有重要的工程价值和实际意义。本文采用DTF（Dynamic Thickened Flame）燃烧模型对悉尼大学实验测量的FA/FJ... 详细信息

在实际燃烧装置中,燃料和空气的混合状态很难达到完全预混,混合气通常以部分预混的方式进行燃烧。因此,对部分预混火焰的研究具有重要的工程价值和实际意义。本文采用DTF（Dynamic Thickened Flame）燃烧模型对悉尼大学实验测量的FA/FJ两种火焰布局的非均匀入流部分预混火焰进行了系统性的大涡模拟（LES）研究。本文不仅改进了DTF燃烧模型,而且对部分预混火焰的结构、局部熄火、吹熄极限等进行了分析,深化了对部分预混火焰特性的了解。本文首先利用GRI3.0详细机理对一系列的自由传播预混合火焰进行计算,获得了层流火焰厚度、传播速度随混合分数的变化规律,并将推导出的两个拟合函数引入到DTF模型,使改进后的模型能更好地应对部分预混燃烧状态。此外,本文对比了甲烷/空气燃烧的JL1、JLR、19步机理、28步等反应机理在一维火焰中的计算精度和效率进行了综合评估,认为19步反应机理与DTF模型相结合是一种很好的耦合方案,满足后续的部分预混火焰计算要求。随后对悉尼大学测量的非均匀入流火焰进行了详细的计算研究,研究表明:FJ火焰布局、吹熄比为0.9的工况下,改进前的DTF模型对远离中心区域的温度预测存在较大误差,比实验值偏高200K左右;而改进后的DTF模型对该区域内温度场的预测与实验结果吻合良好。对吹熄比均为0.7、FA/FJ两种布局下的火焰计算的结果分析表明:FA布局下熄火现象首先出现在x/D=7附近,而对于FJ布局,熄火现象首先出现在x/D=13附近;此外,两者的局部熄火造成的火焰面“孔洞”形貌也明显不同,前者大而疏,后者小而密。这种差异导致FA/FJ布局的火焰稳定性很不相同,FJ布局的射流吹熄速度比FA布局高了很多。通过温度与混合分数的散点图分析,发现FJ布局的上游存在明显的分层预混燃烧现象,而在下游则逐渐转为扩散燃烧为主;而FA布局中,上游的分层燃烧几乎不存在。在两种火焰的中下游,介于预混燃烧与扩散燃烧分支中的状态点均越来越多,表明局部熄火现象越来越明显。而随着射流速度的提高,两种火焰布局的熄火现象也愈发突出,直至全部熄灭。LES计算得到的速度、温度、组分、混合分数等变量的统计数据均与实验结果吻合良好,同时LES还很好的预测到了FA和FJ两种布局下的火焰局部熄火和吹熄现象。计算得到的FA、FJ两种布局下的火焰吹熄速度分别为74m/s和128m/s,与实验结果的64.5m/s和114.3m/s很接近。这验证了本论文计算方法的可靠性,也证明了FJ布局下的火焰具有更好的稳定性。为了定量检验本文采用的计算模型和计算方法的精度,本文还采用新近发展的Wasserstein Metric分析方法,对LES的计算结果进行多维度的联合统计分析,分析也表明了LES的计算精度是令人满意的。

关键词：部分预混火焰局部熄火 DTF模型大涡模拟 Wasserstein Metric方法

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不同密度气体射流混合过程的大涡模拟

江苏大学学报（自然科学版） 2019年第6期40卷 662-667,700页

作者：张春王平曾海翔李伟超江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 江苏大学能源研究院江苏镇江212013

对不同密度气体在圆管射流情况下的湍流混合过程进行了大涡模拟计算,研究气体密度比对下游气体混合过程的影响.考虑了氦气和二氧化碳分别射入空气中的两种情况,其雷诺数分别为7 000和32 000.计算得到的速度、质量分数等各项参数均与试... 详细信息

对不同密度气体在圆管射流情况下的湍流混合过程进行了大涡模拟计算,研究气体密度比对下游气体混合过程的影响.考虑了氦气和二氧化碳分别射入空气中的两种情况,其雷诺数分别为7 000和32 000.计算得到的速度、质量分数等各项参数均与试验结果吻合良好,研究表明在相同的射流动量通量下,低密度射流比高密度射流混合发展得更快.同时验证了变密度射流的准相似性,并分析了其中的相干涡结构.计算研究了CO2射流在不同射流速度下的湍流场,发现低速射流相比于高速射流具有更高的混合速率.

关键词：气体变密度射流大涡模拟流向涡平面涡相干结构

不同混合物浓度梯度下三重火焰的直接数值模拟

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江苏大学学报（自然科学版） 2021年第1期42卷 118-124页

作者：徐欣宇王平余倩曾海翔江苏大学能源研究院江苏镇江212013 江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

针对三重火焰,采用详细反应机理进行直接数值模拟(DNS),计算其入流宽度.在保证混合物入口当量比范围保持不变的情况下,计算了入流宽度分别为5、10、15、20、25和30 mm等6种状态下的羟基(—OH)质量分数、流场速度、放热率、燃烧速度和温... 详细信息

针对三重火焰,采用详细反应机理进行直接数值模拟(DNS),计算其入流宽度.在保证混合物入口当量比范围保持不变的情况下,计算了入流宽度分别为5、10、15、20、25和30 mm等6种状态下的羟基(—OH)质量分数、流场速度、放热率、燃烧速度和温度的分布.研究结果表明:随着入流宽度的增加,即混合物浓度梯度的减小,三重火焰厚度逐渐增加,且预混火焰分支变长.同时,三重点和预混分支处—OH质量分数逐渐增大,而扩散火焰分支处—OH质量分数逐渐减小.由于入口混合物当量比的范围保持不变,导致预混火焰厚度几乎不随入流宽度发生改变,且三重点处火焰速度在混合物浓度梯度为0.0511~0.2950 mm^-1时存在一个极大值.

关键词：三重火焰浓度梯度直接数值模拟反应机理入流宽度

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三岔火焰及分层火焰的直接数值模拟分析

燃烧科学与技术 2019年第6期25卷 524-532页

作者：曾海翔王平余倩李伟超陈明敏江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 江苏大学能源研究院镇江212013 上海电气燃气轮机有限公司上海201199

采用甲烷-空气详细反应机理对4种部分超出可燃极限的层流火焰状态开展了直接数值模拟,包括“焰后支持”和“焰前支持”两种布局的分层火焰和两种不同当量比分布的三岔火焰,并对火焰结构进行了分析.将计算域内各网格单元的热力学状态投... 详细信息

采用甲烷-空气详细反应机理对4种部分超出可燃极限的层流火焰状态开展了直接数值模拟,包括“焰后支持”和“焰前支持”两种布局的分层火焰和两种不同当量比分布的三岔火焰,并对火焰结构进行了分析.将计算域内各网格单元的热力学状态投影到二维化学反应-扩散流形(REDIM)表格中,发现N2和CO2的散点图分布都位于同一个二维REDIM表格中,表明该二维REDIM表格对这4个燃烧状态均能良好描述.此外,为了检验火焰指数的概念,对这4个燃烧状态的火焰结构进行了分析.结果表明:虽然火焰指数可以部分反映火焰内部的燃烧状态,但对于火焰-三岔点的描述不够合理,有必要对其表达式进行改进和完善.

关键词：层流火焰分层火焰三岔火焰 REDIM方法直接数值模拟

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非均匀入流部分预混射流火焰的大涡模拟

燃烧科学与技术 2019年第1期25卷 66-72页

作者：李伟超王平侯天增余倩陈明敏曾海翔江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 江苏大学能源研究院镇江212013 上海电气燃气轮机有限公司上海201199

针对部分预混火焰的大涡模拟(LES)问题,通过采用基于反应-扩散流形(REDIM)方法和假定滤波概率密度函数(PFDF)构造的REDIM-PFDF亚网格燃烧模型,对悉尼大学及Sandia实验室联合测量的非均匀射流部分预混火焰(FJ200-5GP-Lr75-57)进行了大涡... 详细信息

针对部分预混火焰的大涡模拟(LES)问题,通过采用基于反应-扩散流形(REDIM)方法和假定滤波概率密度函数(PFDF)构造的REDIM-PFDF亚网格燃烧模型,对悉尼大学及Sandia实验室联合测量的非均匀射流部分预混火焰(FJ200-5GP-Lr75-57)进行了大涡模拟研究.随后对该状态的火焰及流场结构进行了分析,并将计算结果与实验数据进行对比,研究表明,在所研究的部分预混火焰工况下,大涡模拟预测得到的温度、CO2、CO等组分与实验值吻合良好.这也进一步验证了REDIM-PFDF模型在计算部分预混燃烧方面的能力.

关键词：湍流部分预混火焰大涡模拟反应-扩散流形假定滤波概率密度函数

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举手之劳折射城市文明

温州日报

作者：周泽西曾海翔

细节考问城市文明　　什么是文明？　　学者这样解释：文明一词源于拉丁文“Civis”，意思是城市的居民，其本质含义为人民和睦地生活于城市和社会集团中的能力。渐渐地，被引申为指一种先进的社会和文化发展状态，以及到达这一状态的...

细节考问城市文明　　什么是文明？　　学者这样解释：文明一词源于拉丁文“Civis”，意思是城市的居民，其本质含义为人民和睦地生活于城市和社会集团中的能力。渐渐地，被引申为指一种先进的社会和文化发展状态，以及到达这一状态的过程，涉及的领域包括民族意识、技术

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来源： cnki报纸评论

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“死亡速度”何时减缓