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湍流场中被动标量的细微结构

工程热物理学报 2007年第6期28卷 1056-1058页

作者：刘亚明柳朝晖王子国贺铸郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

本文采用直接数值模拟方法,在具有平均标量梯度的各向同性湍流中,研究被动标量的小尺度结构特性及其与湍流场中应变与涡量的关系.对欧拉统计量及拉格朗日统计量的统计表明:标量耗散的形成主要是由于标量梯度同流场的应变张量压缩主轴耦... 详细信息

本文采用直接数值模拟方法,在具有平均标量梯度的各向同性湍流中,研究被动标量的小尺度结构特性及其与湍流场中应变与涡量的关系.对欧拉统计量及拉格朗日统计量的统计表明:标量耗散的形成主要是由于标量梯度同流场的应变张量压缩主轴耦合的结果,而涡量对标量梯度的形成只有较弱的影响,然而它可以间接影响大强度标量耗散的产生.强标量耗散的细微片状结构的形成时间尺度大约为10倍Kolmogrov时间尺度;在形成强标量梯度的细微片状结构过程中,应变强度随标量梯度同步增大,而涡量则先减小后增大,并在5倍Kolmogorov时间尺度时达到最大.

关键词：均匀各向同性湍流直接数值模拟标量耗散率应变张量涡量

均匀各向同性湍流内被动标量动力学特性的直接数值模拟研究

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均匀各向同性湍流内被动标量动力学特性的直接数值模拟研究

作者：刘亚明华中科技大学

学位级别：硕士

在湍流研究中,标量是相对流体的速度场而言的物理量,比如热量,输送物质的浓度,反应焓等,而被动标量是在对标量输运过程机理研究中理想化的对象,即仅仅考虑湍流对它的单向输运过程,但不考虑其对流场的反向耦合作用。对被动标量场的研究... 详细信息

在湍流研究中,标量是相对流体的速度场而言的物理量,比如热量,输送物质的浓度,反应焓等,而被动标量是在对标量输运过程机理研究中理想化的对象,即仅仅考虑湍流对它的单向输运过程,但不考虑其对流场的反向耦合作用。对被动标量场的研究是当前湍流研究中的一个热点。最近十几年大量的实验测量、数值模拟和理论分析结果表明,标量场具有很多自身独特的性质,甚至有些性质并不依赖于速度场本身。这就促使人们对传统经典理论进行重新认识、修正或者提出新的理论来取代。本文采用直接数值模拟方法,对具有平均标量梯度的被动标量场,在稳定均匀各向同性湍流中,基本的统计性质、标量耗散的动力学特性进行了初步的研究。速度场采用了“Box”模型,计算的Reλ为25 和48,Pr 数从0.3 到4.0,平均标量梯度为1.0,网格为96和128。结果表明,标量在空间大部分区域是混合均匀的,它的概率密度函数接近高斯分布,而标量耗散率在空间上具有很强的间歇性,高强度的标量耗散率的空间结构为片状结构;通过条件统计的方法发现,这些高强度标量耗散的形成主要是由于应变张量的压缩作用的结果,而涡量对标量耗散率的影响是比较弱的,然而它通过产生与平均标量梯度方向相反的标量梯度,来抵消在大尺度上施加的平均标量梯度的影响,并通过破坏标量梯度与应变张量之间的耦合来抑制大强度标量耗散的产生。借助于不变量理论得到,高强度的标量耗散主要分布在流场拓扑结构为unstable node/saddle/saddle 流形区域,此外,由于涡管的感生作用,也有少许中等强度的标量耗散位于流形为stable focus/stretching 的区域。

关键词：被动标量直接数值模拟标量耗散率不变量理论

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湍流场中被动标量的细微结构

湍流场中被动标量的细微结构

作者：王子国华中科技大学

学位级别：硕士

在湍流研究中,标量是相对流体的速度场而言的物理量,而被动标量是在对标量输运过程机理研究中理想化的对象,即在湍流对标量的输运过程中,标量本身不会对流场产生反作用影响。对被动标量场的研究是当前湍流研究中的一个热点,它一方面有... 详细信息

在湍流研究中,标量是相对流体的速度场而言的物理量,而被动标量是在对标量输运过程机理研究中理想化的对象,即在湍流对标量的输运过程中,标量本身不会对流场产生反作用影响。对被动标量场的研究是当前湍流研究中的一个热点,它一方面有助于加深对湍流问题本身的认识,另一方面,对于理解污染物的扩散机理、改进湍流燃烧模型等工程应用领域中的实际问题也有重要的意义。因为标量输运方程是线性方程,早期的研究者们普遍认为,标量的性质应该更为简单,标量场的统计结果只是从不同的侧面反映了湍流速度场的性质。然而,最近十几年的大量的实验测量、数值模拟和理论分析结果表明,标量场具有很多自身独特的性质,甚至有些性质并不依赖于速度场本身。这就促使人们对传统经典理论进行重新认识、修正或者提出新的理论来取代。本文采用直接数值模拟方法,在具有平均标量梯度的均匀各向同性稳定湍流中,通过对欧拉统计量和拉格朗日统计量进行分析,来研究被动标量的小尺度结构特性及其如何受到湍流场中各因素的影响。湍流速度场采用了“Box”模型,网格为963和1283。计算的Reλ为25和48,Pr数从0.3到4.0,平均标量梯度为1.0。对欧拉统计量的统计表明:高强度的标量耗散率的空间结构为间歇性分布的片状结构;这些高强度标量耗散的形成主要是由于应变张量的压缩作用的结果,而涡量对标量耗散率的直接影响比较弱,然而它可以通过破坏标量梯度与应变张量之间的耦合来抑制大强度标量耗散的产生;对拉格朗日统计量的分析表明,标量场比速度场具有更强烈的间歇性,强标量耗散的细微片状结构的形成时间尺度大约为10倍Kolmogorov时间尺度,在形成强标量耗散的细微片状结构过程中,应变强度随标量梯度同步增大,而涡量则先减小,后增大,并在5倍Kolmogorov时间尺度时达到最大。

关键词：直接数值模拟标量耗散率应变张量涡量

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预混燃烧中CMC亚模型的先验性分析

工程热物理学报 2014年第2期35卷 388-391页

作者：王海鸥罗坤樊建人 f浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

本文用直接数值模拟的方法对各项同性湍流中的H_2/air平面火焰进行了研究。模拟了当量比分别为0.6和1.0的两种预混火焰,采用了9种组分19步反应的详细机理.对预混燃烧中的CMC亚模型进行了先验性分析.发现clipped Gaussian和Beta functio... 详细信息

本文用直接数值模拟的方法对各项同性湍流中的H_2/air平面火焰进行了研究。模拟了当量比分别为0.6和1.0的两种预混火焰,采用了9种组分19步反应的详细机理.对预混燃烧中的CMC亚模型进行了先验性分析.发现clipped Gaussian和Beta function两种方法都能定性描述过程变量的概率分布,但是Beta function的结果与直接数值模拟更接近.AMC和Girimaji两种模型都能较好地模拟标量耗散率的条件平均分布,在贫燃的情况下模型预测的结果更接近直接数值模拟的结果。

关键词：直接数值模拟预混燃烧 CMC亚模型概率密度函数标量耗散率

基于混合物分数和反应进度变量的二维火焰面模型

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燃烧科学与技术 2013年第2期19卷 181-186页

作者：赵庆忠叶桃红吴玉欣中国科学技术大学热科学与能源工程系合肥230027

基于混合物分数Z和反应进度变量Yc的二维层流火焰面模型,数值研究了混合物分数标量耗散率、反应进度标量耗散率等对Z-Yc区域边界以及部分预混火焰结构的影响.结果表明,混合物分数标量耗散率对火焰结构有较大的影响,在混合物分数标量耗... 详细信息

基于混合物分数Z和反应进度变量Yc的二维层流火焰面模型,数值研究了混合物分数标量耗散率、反应进度标量耗散率等对Z-Yc区域边界以及部分预混火焰结构的影响.结果表明,混合物分数标量耗散率对火焰结构有较大的影响,在混合物分数标量耗散率较小时产生了双火焰的结构;而反应进度标量耗散率对当量混合附近的结果有明显的影响,尤其是当混合物分数标量耗散率较小时;在稳定燃烧情况下,稳态一维火焰面模型只是二维火焰面模型的一个边界,表明二维火焰面模型方程的解给出的化学热力学参数表包含更多的信息,可用于多机制共存的火焰数值模拟.

关键词：部分预混二维火焰面标量耗散率火焰结构

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部分预混层流火焰结构的数值研究

中国科学技术大学学报 2010年第1期40卷 31-37页

作者：陆阳赵平辉叶桃红唐鹏陈义良中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

针对部分预混层流火焰,在分析了常见火焰面方程不足的基础上,使用了一套详细考虑了组分不同输运系数的火焰面方程对其进行数值模拟.模拟结果与物理空间求解结果间的比较表明,此套方程能够在保证相容性的同时获得相当好的模拟精确度.此外... 详细信息

针对部分预混层流火焰,在分析了常见火焰面方程不足的基础上,使用了一套详细考虑了组分不同输运系数的火焰面方程对其进行数值模拟.模拟结果与物理空间求解结果间的比较表明,此套方程能够在保证相容性的同时获得相当好的模拟精确度.此外,在火焰面方程中采用不同的标量耗散率模型对部分预混火焰进行了数值计算,结果显示标量耗散率模型的精确程度对于模拟结果有着重要影响.进一步利用火焰面方程数值研究了部分预混层流火焰结构对于标量耗散率变化的响应,捕捉到其在低标量耗散率下区别于非预混火焰的双火焰结构的存在,并讨论了此现象产生的原因.

关键词：部分预混层流火焰面方程标量耗散率火焰结构

用火焰面模型模拟甲烷/空气湍流射流扩散火焰

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力学学报 2005年第1期37卷 73-79页

作者：董刚王海峰陈义良南京理工大学瞬态物理国家重点实验室南京210094 中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥230026

以层流对撞扩散火焰为基础，利用层流火焰面模型(laminar flamelet model)的方法生成层流火焰面数据库，分别采用预先设定的几率密度函数(propabality density function，PDF)模型和混合物分数-湍流频率的联合几率密度函数输运模型，将... 详细信息

以层流对撞扩散火焰为基础，利用层流火焰面模型(laminar flamelet model)的方法生成层流火焰面数据库，分别采用预先设定的几率密度函数(propabality density function，PDF)模型和混合物分数-湍流频率的联合几率密度函数输运模型，将火焰而方法应用于甲烷/空气湍流射流扩散火焰结构的模拟计算中．两个模型的计算结果和实验结果进行了比较和分析．

关键词：火焰面模型几率密度函数混合物分数标量耗散率湍流射流扩散火焰

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层流拉伸非预混火焰影响因素的数值研究

工程热物理学报 2009年第11期30卷 1957-1960页

作者：陆阳赵平辉陈义良中国科学技术大学热科学与能源工程系安徽合肥230027

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反... 详细信息

采用简化机理(19个基元反应,14种组分)和半详细机理(79个基元反应,32种组分)对层流拉伸非预混火焰的结构进行了数值模拟,通过与实验数据的对比发现:在由当量混合的标量耗散率表征的火焰拉伸一定时,考虑不同分子扩散系数和不同的化学反应机理均对火焰面结构的准确模拟有着重要影响。此外计算了考虑热辐射时,随着当量混合的标量耗散率的改变而变化的每单位火焰面面积放热速率和燃烧场的最高温度,并分析了层流非预混火焰的熄火现象。

关键词：层流非预混火焰标量耗散率分子扩散系数化学反应机理熄火现象

基于Damk?hler数的氢气层流扩散火焰抑制模拟研究

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火灾科学 2017年第1期26卷 1-11页

作者：冉难邱榕蒋勇中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

通过对未添加及添加1%的Br_2对氢气同向流扩散火焰的影响进行数值模拟,研究抑制剂对氢气层流扩散火焰温度及主要自由基的影响,并通过计算两种火焰的化学特征时间及混合特征时间得到Damk?hler数,提出基于抑制剂的标量耗散率,研究抑制剂... 详细信息

通过对未添加及添加1%的Br_2对氢气同向流扩散火焰的影响进行数值模拟,研究抑制剂对氢气层流扩散火焰温度及主要自由基的影响,并通过计算两种火焰的化学特征时间及混合特征时间得到Damk?hler数,提出基于抑制剂的标量耗散率,研究抑制剂的扩散作用及化学作用对氢气同向流扩散火焰的影响。研究发现抑制剂的火焰抑制循环使火焰中化学作用增强,而抑制剂的扩散作用对火焰整体的扩散作用有较显著的影响。添加抑制剂后在径向大部分区域火焰的Da数均低于未添加情况下,抑制剂减少火焰燃烧区域,并使燃烧区域的反应剧烈程度下降。从火焰根部到火焰顶端,抑制作用逐渐减弱。

关键词：氢气火焰抑制标量耗散率 Damk9hler数