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基于LES的非稳态火焰面/反应进度变量方法模拟部分预混抬举火焰

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推进技术 2017年第1期38卷 148-157页

作者：熊模友乐嘉陵黄渊宋文艳杨顺华郑忠华西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

为了描述部分预混燃烧的火焰机制,捕捉燃烧现象中的非稳态效应,采用大涡模拟与非稳态火焰面/反应进度变量方法相结合来模拟湍流部分预混燃烧抬举火焰,并将计算结果与实验测量值进行了对比研究。结果表明基于大涡模拟的非稳态火焰面/反... 详细信息

为了描述部分预混燃烧的火焰机制,捕捉燃烧现象中的非稳态效应,采用大涡模拟与非稳态火焰面/反应进度变量方法相结合来模拟湍流部分预混燃烧抬举火焰,并将计算结果与实验测量值进行了对比研究。结果表明基于大涡模拟的非稳态火焰面/反应进度变量方法捕捉到了湍流部分预混燃烧中的火焰抬举现象,计算得到的火焰抬举高度大致为35,和实验测量值完全一致。同时采用各热力学参数在混合分数空间的分布来研究部分预混抬燃烧中具有非稳态燃烧特性的局部熄火现象。各不同截面上的燃烧热力学参数与实验测量值吻合较好,说明采用该方法能比较真实地反映湍流部分预混燃烧的火焰机制。

关键词：大涡模拟非稳态反应进度变量抬举火焰局部熄火

基于RANS求解的火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型研究

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中国科学技术大学学报 2010年第10期40卷 1016-1022页

作者：武文黄威赵平辉叶桃红中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

通过求解稳态一维拉伸层流扩散火焰面方程,得到混合物分数及反应进度Z-C双标量建表的层流火焰面数据库,并结合混合物分数满足β分布及一阶近似的反应进度变量条件概率密度分布,建立了湍流火焰面平均值数据库.通过将双参数火焰面模型的... 详细信息

通过求解稳态一维拉伸层流扩散火焰面方程,得到混合物分数及反应进度Z-C双标量建表的层流火焰面数据库,并结合混合物分数满足β分布及一阶近似的反应进度变量条件概率密度分布,建立了湍流火焰面平均值数据库.通过将双参数火焰面模型的查表和求解过程与OpenFOAM计算平台相结合,发展了基于RANS方法的双参数湍流燃烧火焰面模型及数值计算求解器ZCFoam.对轴对称湍流射流Sandia D火焰的模拟表明,计算给出的温度分布、主要组分的分布等与实验值吻合较好.

关键词：湍流扩散燃烧火焰面模型反应进度变量 OpenFOAM 数值模拟

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反应进度对燃气分析法测温系统误差的影响

航空动力学报 2023年

作者：李昊刘勇张祥杨晨刘重阳南京航空航天大学能源与动力学院中国航空发动机集团有限公司四川燃气涡轮研究院西北工业大学动力与能源学院

燃气分析法或焓值守恒法测温是现代高温升航空发动机燃烧室测温的有效方法，因其具有测温范围宽，测量精度高等优点，比热电偶测温具有更稳定可靠的性能。通常认为基于焓值守恒法计算燃气温度的误差主要来源为直接测量值的误差和高温分... 详细信息

燃气分析法或焓值守恒法测温是现代高温升航空发动机燃烧室测温的有效方法，因其具有测温范围宽，测量精度高等优点，比热电偶测温具有更稳定可靠的性能。通常认为基于焓值守恒法计算燃气温度的误差主要来源为直接测量值的误差和高温分解的影响，而在某型高温升燃烧室的测试中发现：在高温环境下以热电偶测量结果作为参考标准来评价燃气分析法的性能会引入较大的响应误差。利用Sandia实验室的湍流火焰实验数据作为参考标准对各测点的组分浓度进行对比分析，结果显示焓值守恒法计算的温度与实验中测量的温度整体平均误差较小，但是在反应初始区域以及燃烧区域出现较大误差。经过研究发现：燃气分析法测温不确定度主要来源于反应进度，采用反应进度变量能够对温度计算结果的不确定度进行量化，进而对燃气分析测温法的适用范围进行判断和限定，为进一步研究焓值守恒测温法在湍流火焰和发动机燃烧室测温中的应用以及不确定度评估提供了参考依据。

关键词：燃气分析测温焓值守恒反应进度变量系统误差湍流火焰

采用不同建表方法的火焰面模型在燃烧室中的应用研究(英文)

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推进技术 2018年第8期39卷 1810-1820页

作者：唐军宋文艳肖隐利西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为加深对航空发动机燃烧室中湍流燃烧过程的理解,采用不同建表方法的火焰面模型对航空发动机模型燃烧室内的湍流燃烧过程进行数值模拟,包括层流火焰面数据库的构建和反应进度变量的PDF类型两个方面。其中,层流火焰面数据库的构造方法包... 详细信息

为加深对航空发动机燃烧室中湍流燃烧过程的理解,采用不同建表方法的火焰面模型对航空发动机模型燃烧室内的湍流燃烧过程进行数值模拟,包括层流火焰面数据库的构建和反应进度变量的PDF类型两个方面。其中,层流火焰面数据库的构造方法包括基于扩散火焰的FPV和基于预混火焰的FGM模型,反应进度变量的PDF类型包括δ和β分布。LISA和KHRT模型分别用于模拟液膜和液滴的破碎过程,非平衡Langmuir-Knudsen模型用于模拟液滴的蒸发过程。LISA模型得到的液膜破碎距离约为4.6mm,液滴直径在文氏管出口下游迅速减小到10μm左右,并在头部出口下游附近完全蒸发。通过与相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)测量温度的对比,验证了FPV和FGM模型的精度,并表明在流动变化较大的位置FPV模型具有更高的精度,而其他位置FGM模型具有更高的精度,采用β分布作为反应进度变量PDF的模型,可以有效提高温度的预测进度,而且主燃区内的误差基本都在5%以内。此外采用β分布作为反应进度变量PDF的FGM模型,可以更好地描述未燃混合物被回流燃气点火的过程,而且反应进度变量的PDF类型比层流火焰面数据库构建方法的影响更为显著。

关键词：航空发动机燃烧室火焰面/进度变量火焰面生成流形反应进度变量概率密度函数建表方法

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采用基于火焰面的燃烧模型研究部分预混燃烧

推进技术 2017年第7期38卷 1459-1467页

考虑到火焰面模型的优点,采用基于RANS的稳态火焰面模型,稳态火焰面/反应进度变量模型和非稳态火焰面/反应进度变量模型对部分预混燃烧室进行了数值计算,并将这三种燃烧模型的计算结果和实验值进行对比研究。发现稳态和非稳态火焰面/反... 详细信息

考虑到火焰面模型的优点,采用基于RANS的稳态火焰面模型,稳态火焰面/反应进度变量模型和非稳态火焰面/反应进度变量模型对部分预混燃烧室进行了数值计算,并将这三种燃烧模型的计算结果和实验值进行对比研究。发现稳态和非稳态火焰面/反应进度变量模型均成功地预测到了部分预混燃烧中的三岔火焰结构和火焰抬举现象,分析了三岔火焰的形成机理及抬举高度。文中稳态火焰面模型计算部分预混燃烧完全失效,无法捕捉到火焰抬举现象,稳态火焰面/反应进度变量方法计算的火焰抬举高度仅仅为10,基于反应进度变量为水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的质量分数之和的非稳态火焰面/反应进度变量方法计算的火焰抬举高度仅为20,和实验值之间的误差为42.8%,而基于反应进度变量为一氧化碳和二氧化碳质量分数之和的非稳态火焰面/反应进度变量方法计算的火焰抬举高度大致32,和实验测量值35非常接近,误差仅为8%。对燃烧热力学标量温度和组分的计算,可以发现非稳态火焰面/反应进度变量方法和实验结果吻合最好,其次是稳态火焰面/反应进度变量模型,最差的是稳态火焰面模型。

关键词：火焰面思想反应进度变量部分预混燃烧模型三岔火焰

采用辐射修正的火焰面/进度变量方法模拟扩散燃烧火焰

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燃烧科学与技术 2023年第3期29卷 355-364页

作者：赵志涛刘正先赵明贺莹天津大学机械工程学院天津300350 天津仁爱学院机械工程系天津301636

基于开源平台OpenFOAM开发火焰面/进度变量方法求解器,采用进度变量在燃烧S曲线上的不同的插值方法分别对甲烷扩散燃烧火焰进行模拟分析.将模拟结果与试验值进行对比分析,结果表明采用进度变量及混合分数为指标的插值结果更接近试验值.... 详细信息

基于开源平台OpenFOAM开发火焰面/进度变量方法求解器,采用进度变量在燃烧S曲线上的不同的插值方法分别对甲烷扩散燃烧火焰进行模拟分析.将模拟结果与试验值进行对比分析,结果表明采用进度变量及混合分数为指标的插值结果更接近试验值.在此基础上探讨了在火焰面/进度变量模型中添加辐射模型对甲烷/空气燃烧数值模拟结果的影响,辐射模型采用P1辐射模型与光学薄模型(OTM)进行对比分析.通过与试验值的对比发现,由能量方程隐式计算得到温度并添加辐射模型的火焰面/进度变量方法不仅提高了部分轴向位置截面温度及最终产物CO_(2)、H_(2)O的计算精度,而且使中间组分CO、H_(2)及OH的模拟结果更加接近试验值.火焰面/进度变量方法结合辐射模型可以更为精准地计算湍流扩散火焰中的燃烧过程.

关键词：扩散燃烧火焰面反应进度变量 S曲线辐射模型