纤维过滤器气相流场的数值研究

基于多孔介质模型对二维纤维过滤器内气相流场进行了数值计算,得到了不同结构(填充密度和过滤器深度)纤维过滤器内的静压分布.为了观察多孔介质模型在研究过滤器流场的适应性,本文还计算了不包括多孔介质模型时,相同填充密度不同纤维排列纤维过滤器内的气相流场.结果表明:基于多孔介质模型时,静压沿着过滤器深度方向线性变化,填充密度越大,初始压降越大.因此,如果多孔介质的粘性阻力系数选择合理,该模型可以应用于计算过滤器的气相流场.但是,该模型并没有考虑过滤器内部纤维排列方式对其内部流场的影响,而实际上,过滤器内部纤维的排列行为将显著影响过滤器的流场和初始压降.因此如果要进一步研究过滤器内复杂的气固两相流,还需进行深入研究.     

幂律流体饱和多孔介质通道中的粘性耗散效应

针对Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型,分析了幂律型非牛顿流体在填充多孔介质平板通道中强迫对流传热过程充分发展的黏性耗散效应,并比较了三个不同的黏性耗散项Darcy项、Al-Hadhrami项和Forchheimer项对流动传热率的影响。推导出了无量纲轴向流速分布和无量纲温度分布的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典Runge-Kutta法进行数值求解。模拟结果表明,布林克曼数Br、达西数Da、综合惯性参数F和幂律指数n等重要参数对无量纲温度分布有着较大的影响,同时发现不同的黏性耗散效应对流动传热特性也有着重要的影响。     

材料和喷口直径对多孔介质微燃烧的影响

为了进一步优化微燃烧室的设计,以最大化提高微燃烧室的能量转换效率及微热光电系统的整体工作效率,在前期工作的基础上设计了不同多孔介质材料及喷嘴/燃烧室内径比的多孔介质微燃烧室.通过实验验证,针对多孔介质微燃烧室内的氢氧预混燃烧进行了数值模拟计算,研究结果表明,多孔介质材料,喷嘴/燃烧室内径比对微燃烧室内的微尺度燃烧有重要影响,微燃烧室在多孔介质材料为SiC, 喷嘴/燃烧室内径比为0.27时燃烧效率最高,有利于提高微热光电系统的整体效率.     

幂律流体饱和多孔介质通道中的黏性耗散效应

针对Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型,分析了幂律型非牛顿流体在填充多孔介质平板通道中强迫对流传热过程充分发展的黏性耗散效应,并比较了三个不同的黏性耗散项Darcy项、Al-Hadhrami项和Forchheimer项对流动传热率的影响。推导出了无量纲轴向流速分布和无量纲温度分布的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典Runge-Kutta法进行数值求解。模拟结果表明,布林克曼数Br、达西数Da、综合惯性参数F和幂律指数n等重要参数对无量纲温度分布有着较大的影响,同时发现不同的黏性耗散效应对流动传热特性也有着重要的影响。     

亚网格湍动能及湍流弥散效应对燃油喷雾特性的影响

采用大涡模拟方法和不同的雾化模型对定容弹中燃油喷射和雾化过程进行数值分析.着重探讨亚网格尺度湍动能,特别是燃油喷雾所诱导的亚网格湍能源项对液滴运动和喷雾特性的影响,并进一步探讨了亚网格气相湍动能对液滴弥散速度乃至喷雾场的影响.通过对不同的工况条件的模拟计算对喷雾的影响因素进行了讨论并与相关的实验进行了比较.计算结果表明,KH-RT破碎模型要优于MTAB模型,湍流弥散效应和亚网格湍动能喷雾源项对燃油喷雾有着重要的影响,其作用均是减少喷雾贯穿距,使模拟结果更接近于实验.其中,湍流弥散效应的影响更为显著.     

基于多组分蒸发模型的柴油喷雾燃烧的LES研究

采用大涡模拟方法结合多组分蒸发模型对定容燃烧室内的柴油喷雾和燃烧过程进行了数值模拟研究.在大涡模拟中,采用动态结构模型模拟亚网格应力项,基于反褶积方法在湍动能的输运方程中增加了源项,表征燃油液滴与环境气体在亚网格尺度的相互作用;在多组分蒸发模型中,采用Gamma函数描述柴油液滴组分的摩尔分布,推导了基于连续热力学方法的气相组分控制方程的大涡模拟形式.将上述模型写入到多维CFD程序KIVA-4中,通过与无蒸发燃油喷雾和有蒸发喷雾燃烧过程相关实验数据的对比,计算得到了更为真实的喷雾形态和碳烟分布等结果,表明了该模型对提高柴油喷雾燃烧过程仿真性能具有巨大潜力.     

饱和多孔介质自然对流数学模型与实验研究

以饱和多孔介质内流体流动、流体和固体传热为研究对象,考虑流体密度随温度变化和局部热平衡,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立固体随机堆积饱和多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法计算。利用自主研制的两侧恒温差立方体多孔介质实验台,对所建数值模型进行实验验证。综合数值计算和实验结果表明:多孔介质方腔内最大流速随温差和瑞利数Ra增大而增大,且最大流速出现在高温壁面和低温壁面附近;随着Ra增大,温度等值线由近似平行于高低温壁面变为近似垂直于高低温壁面;高温壁面上Nu从上至下呈线性增加趋势;高温壁面Nu随Ra增大而增大,当Ra<102时,Nu维持在12以内;当102106,Nu增加速率很小。     

基于数值模拟的燃惰气燃烧室的优化设计研究

惰性气体是一种高效、环保、经济的防、抑爆及消防灭火介质,惰气的来源制约了惰气安全防护技术的研究开发.以一种新型燃惰气燃烧室为研究对象,采用了RNGk-ε双方程模型描述湍流流动,随机颗粒轨道模型追踪燃油颗粒运动,考虑了化学反应动力学机制对燃烧的影响,采用了修正的EBU湍流燃烧模型计算燃烧速率,同时采用了离散坐标法表征辐射传热过程,建立了燃烧室三维气雾两相湍流燃烧模型,对燃烧室流动燃烧特性进行了深入数值模拟研究,模拟结果与实验结果的比较表明了数值模型及数值方法的合理性.在数值模拟的基础上对燃惰气燃烧室进行了优化设计,采用了多种强化燃烧技术.对优化设计燃烧室的数值模拟结果表明设计合理,满足设计要求.研究结果为惰气安全技术的开发设计奠定了基础.     

入流条件对同轴射流旋流燃烧室内湍流流动模拟的影响

应用一种新的代数Reynolds应力模型对同轴射流旋流燃烧室内两股射流为同向旋转和反向旋转条件下的湍流旋流流动进行了数值模拟。为得到合理的流场分布结果，研究了入流条件对同轴射流旋流燃烧室内湍流流动模拟结果的影响。计算中对旋流燃烧室进口处两股旋转射流的轴向与切向速度采用了均匀分布和实验测量分布两种方式来给定。将两种进口速度分布条件下得到的燃烧室内气体轴向与切向速度分布计算结果与实验数据进行了比较。     

采用热-流耦合方法对火焰筒壁温三维数值模拟

考虑了流场变化对换热的影响,使用热-流耦合方法,对某型燃烧室整个流场、温度场进行完全的数值模拟。该方法对流场和固壁内换热进行耦合计算,得出了三维燃烧室壁温分布。计算中,对完全发展的湍流燃气采用了标准“k-ε”湍流模型,运用DO模型计算了燃气的热辐射,燃烧模型使用涡-耗散模型来计算化学反应速度,固壁材料使用了变比热和变导热系数。数值模拟结果表明流场与固壁相互作用得更充分,能更精确地反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性。