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超声速燃烧中的概率密度函数方法研究进展

航空学报 2024年第8期45卷 24-45页

作者：乔竑玮梁剑寒张林孙明波陈玉俏国防科技大学高超声速技术实验室长沙410073

概率密度函数方法能够精确封闭湍流/化学反应相互作用,在湍流燃烧数值模拟中得到了广泛应用。随着高超声速推进技术的不断发展,超燃冲压发动机内的超声速湍流燃烧为概率密度函数方法的应用带来了新的挑战。首先,综述了概率密度函数方法... 详细信息

概率密度函数方法能够精确封闭湍流/化学反应相互作用,在湍流燃烧数值模拟中得到了广泛应用。随着高超声速推进技术的不断发展,超燃冲压发动机内的超声速湍流燃烧为概率密度函数方法的应用带来了新的挑战。首先,综述了概率密度函数方法应用于超声速湍流燃烧的最新进展,概述了概率密度函数方法的基本理论、关键模型和求解框架;其次,介绍了超声速湍流燃烧对概率密度函数方法的理论、模型和数值求解方面的具体挑战和相关研究工作,包括考虑可压缩效应、高速源项模型修正、小尺度混合模型改进等;然后,综述了概率密度函数方法在超声速湍流燃烧中的应用情况;最后,对超声速燃烧中概率密度函数方法的应用前景和发展方向做出了展望。

关键词：概率密度函数方法湍流燃烧超声速燃烧超燃冲压发动机大涡模拟

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超声速燃烧中的概率密度函数方法研究进展

航空学报 2023年

作者：乔竑玮梁剑寒张林孙明波陈玉俏国防科技大学空天科学学院临近空间技术研究所国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室

概率密度函数方法能够精确封闭湍流/化学反应相互作用，在湍流燃烧数值模拟中得到了广泛应用。随着高超声速推进技术的不断发展，超燃冲压发动机内的超声速湍流燃烧为概率密度函数方法的应用带来了新的挑战。论文综述了概率密度函数方... 详细信息

概率密度函数方法能够精确封闭湍流/化学反应相互作用，在湍流燃烧数值模拟中得到了广泛应用。随着高超声速推进技术的不断发展，超燃冲压发动机内的超声速湍流燃烧为概率密度函数方法的应用带来了新的挑战。论文综述了概率密度函数方法应用于超声速湍流燃烧的最新进展，概述了概率密度函数方法的基本理论、关键模型和求解框架。随后，介绍了超声速湍流燃烧对概率密度函数方法的理论、模型和数值求解方面的具体挑战和相关研究工作，包括考虑可压缩效应、高速源项模型修正、小尺度混合模型改进等；之后综述了概率密度函数方法在超声速湍流燃烧中的应用情况；最后对超声速燃烧中概率密度函数方法的应用前景和发展方向做出了展望。

关键词：概率密度函数方法湍流燃烧超声速燃烧超燃冲压发动机大涡模拟

湍流燃烧概率密度函数(PDF)模拟的敏感性分析

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工程热物理学报 2017年第1期38卷 208-212页

作者：周华王琥任祝寅清华大学燃烧能源中心北京100084 清华大学航天航空学院北京100084

针对采用概率密度函数(PDF)方法的湍流燃烧数值模拟,基于已有的颗粒层面局部敏感性分析,提出一种改进方法,以高效地估计对反应动力学参数的局部敏感性系数。该方法的两个关键思路为:评估化学反应对组分演化的重要程度;以"当前效应"估计... 详细信息

针对采用概率密度函数(PDF)方法的湍流燃烧数值模拟,基于已有的颗粒层面局部敏感性分析,提出一种改进方法,以高效地估计对反应动力学参数的局部敏感性系数。该方法的两个关键思路为:评估化学反应对组分演化的重要程度;以"当前效应"估计"总体效应"。以部分搅拌反应器(PaSR)为研究对象,通过与直接计算的结果比较,证明了新方法的计算结果可作为直接计算的有效估计,能够有效预测各个化学反应对于系统的相对重要性。

关键词：湍流燃烧模拟敏感性分析概率密度函数方法

一般曲线坐标系下概率密度函数方法及其在超声速燃烧中的应用

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航空学报 2023年第4期44卷 78-93页

作者：关清帝梁剑寒张林陈文武陈玉俏国防科技大学空天科学学院临近空间技术研究所长沙410073

输运型概率密度函数(PDF)方法能够精确求解湍流/化学反应相互作用,有望为超燃冲压发动机中复杂的超声速湍流燃烧模拟提供可靠的计算模型。目前超声速流中的概率密度函数方法研究大多局限在简单构型下,严重限制了其在实际超声速燃烧问题... 详细信息

输运型概率密度函数(PDF)方法能够精确求解湍流/化学反应相互作用,有望为超燃冲压发动机中复杂的超声速湍流燃烧模拟提供可靠的计算模型。目前超声速流中的概率密度函数方法研究大多局限在简单构型下,严重限制了其在实际超声速燃烧问题中的应用。本文旨在发展基于多块结构网格的曲线坐标概率密度函数方法,使其能适用于具有复杂构型的实际超声速燃烧问题模拟。推导了曲线坐标下的概率密度输运方程和随机微分方程,建立了一般曲线坐标系下的概率密度函数方法及其数值求解框架。提出了多块结构网格下的曲线坐标粒子追踪方法,通过多块网格间的拓扑信息进行粒子局部坐标转换与通信,解决了曲线坐标下粒子局部坐标与全局坐标不一致的问题,成功实现了粒子在全局网格的连续追踪。在一维激波管和二维时间混合层中,通过与精确解和直接数值模拟结果的对比,初步验证了该方法和模型的准确性。进一步在二维圆柱绕流和三维球头绕流算例中,测试了其处理复杂构型的能力。最后开展了典型的超声速同轴射流火焰的数值模拟,与实验结果进行了定量对比。结果显示预测的反应组分与实验符合较好,全面验证了一般曲线坐标系下的概率密度函数方法在实际超声速燃烧问题中的适用性和准确性。

关键词：概率密度函数方法大涡模拟粒子追踪曲线坐标超声速燃烧

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航空发动机燃烧室湍流两相燃烧模型发展现状

南京航空航天大学学报 2016年第3期48卷 303-309页

作者：金捷刘邓欢北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

随着计算机、计算机辅助制造等技术的发展,数值模拟逐渐成为航空发动机设计手段之一。航空发动机燃烧室内是复杂的两相湍流燃烧过程,为了准确模拟这一过程,高精度两相湍流燃烧模型组成为航空发动机燃烧室设计师必要的工具。本文从两相... 详细信息

随着计算机、计算机辅助制造等技术的发展,数值模拟逐渐成为航空发动机设计手段之一。航空发动机燃烧室内是复杂的两相湍流燃烧过程,为了准确模拟这一过程,高精度两相湍流燃烧模型组成为航空发动机燃烧室设计师必要的工具。本文从两相湍流数值模拟角度出发,对概率密度函数输运方程模型、火焰面模型和二阶矩模型这3种常用的燃烧模型的发展现状进行简要综述。

关键词：概率密度函数方法火焰面模型二阶矩模型大涡模拟

钝体驻定湍流扩散火焰的数值研究——燃烧模型比较

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计算物理 2010年第2期27卷 229-239页

作者：黄庆朱旻明叶桃红陈义良董刚中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083 中国科学技术大学热科学和能源工程系安微合肥230027 南京理工大学瞬态物理重点实验室江苏南京210094

分别采用标量联合的概率密度函数方法、稳态火焰面模型、Euler非稳态火焰面模型和基于有限体积/Monte Carlo混合算法的完备PDF模型对钝体驻定的Sydney湍流扩散火焰HM1进行数值模拟,以比较不同燃烧模型的性能,并比较标量联合的概率密度... 详细信息

分别采用标量联合的概率密度函数方法、稳态火焰面模型、Euler非稳态火焰面模型和基于有限体积/Monte Carlo混合算法的完备PDF模型对钝体驻定的Sydney湍流扩散火焰HM1进行数值模拟,以比较不同燃烧模型的性能,并比较标量联合的概率密度函数方法和Euler非稳态火焰面模型对氮氧化物排放预测的差异.计算结果和实验数据的比较表明,采用概率密度函数方法计算化学反应可以得到更好的结果但计算量较大,而用火焰面模型求解计算量较小,在接近完全燃烧的情形下,其计算结果比较合理.

关键词：概率密度函数方法钝体驻定扩散火焰氮氧化物火焰面模型

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湍流燃烧场中高阶统计矩的PDF模拟

燃烧科学与技术 2009年第1期15卷 45-53页

作者：朱旻明赵平辉黄庆叶桃红刘明侯陈义良中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥230027 中南大学能源科学与工程学院长沙410083

在非结构网格中,发展有限体积法和Monte Carlo法相结合的混合算法来模拟湍流燃烧,求解相互耦合并且相容的平均密度、动量、能量方程组和脉动速度-标量-频率的联合概率密度函数方程,采用稳态层流火焰面模型计算半详细的化学反应机理.对... 详细信息

在非结构网格中,发展有限体积法和Monte Carlo法相结合的混合算法来模拟湍流燃烧,求解相互耦合并且相容的平均密度、动量、能量方程组和脉动速度-标量-频率的联合概率密度函数方程,采用稳态层流火焰面模型计算半详细的化学反应机理.对轴对称钝体火焰驻定器后的扩散燃烧进行模拟,比较了速度和标量的平均量和二阶矩的计算结果和实验数据,并研究了速度的扭率(三阶矩)、扁平因子(四阶矩)及边缘概率密度函数的分布.计算表明,高阶统计矩包含的统计误差比低阶统计矩的大,扭率和扁平系数的峰值则集中在剪切层处.

关键词：概率密度函数方法混合算法非结构网格火焰面模型钝体驻定火焰

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钝体驻定湍流扩散火焰局部熄火的PDF模拟

燃烧科学与技术 2009年第4期15卷 321-326页

作者：黄庆朱旻明叶桃红陈义良董刚中南大学能源科学与工程学院长沙410083 中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥230027 南京理工大学瞬态物理重点实验室南京210094

用标量联合的概率密度函数(PDF)方法对钝体驻定的湍流射流扩散Sydney火焰HM3进行数值模拟,速度场用一个修正的LRR-IP雷诺应力模型求解.采用3种不同层次的甲烷反应动力学机理对火焰的宏观结构和熄火特征进行比较研究,并结合当地自适应建... 详细信息

用标量联合的概率密度函数(PDF)方法对钝体驻定的湍流射流扩散Sydney火焰HM3进行数值模拟,速度场用一个修正的LRR-IP雷诺应力模型求解.采用3种不同层次的甲烷反应动力学机理对火焰的宏观结构和熄火特征进行比较研究,并结合当地自适应建表方法加速化学反应计算.结果表明,计算值和实验数据吻合较好,在回流区内,不同反应机理的预测值差别不大,但在"颈部"区域,C2机理相对C1机理可以更准确地模拟标量场的变化和局部熄火现象.

关键词：概率密度函数方法当地自适应建表钝体驻定扩散火焰局部熄火

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PDF方法模拟钝体驻定的湍流扩散火焰

计算物理 2008年第6期25卷 733-743页

作者：黄庆朱旻明叶桃红刘明侯陈义良董刚中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083 中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027 南京理工大学动力工程学院江苏南京210094

采用标量联合的概率密度函数方法,对钝体驻定的湍流射流扩散Sydney火焰HM1进行数值模拟,结合当地自适应建表方法加速化学反应计算,用修正的LRR-IP雷诺应力模型求解速度场.首次对3种不同规模的甲烷化学反应动力学机理进行研究,并与实验... 详细信息

采用标量联合的概率密度函数方法,对钝体驻定的湍流射流扩散Sydney火焰HM1进行数值模拟,结合当地自适应建表方法加速化学反应计算,用修正的LRR-IP雷诺应力模型求解速度场.首次对3种不同规模的甲烷化学反应动力学机理进行研究,并与实验数据进行比较,结果表明,模型和反应机理很好地预测了速度场和标量场的变化及局部熄火现象,而考虑反应机理中的C2化学对火焰HM1的影响不大.

关键词：概率密度函数方法当地自适应建表钝体驻定扩散火焰局部熄火