基于统计窄谱带及关联K模型的气固非灰辐射特性研究

水蒸气、二氧化碳和烟黑是燃烧过程的重要生成产物,在燃烧过程中它们对辐射换热有着重要的影响。对于平行平板间气体的一维非灰辐射问题,采用统计窄谱带模型及关联K模型,研究烟黑颗粒对水蒸气和二氧化碳混合物非灰辐射的影响,并基于窄谱带数据库提出计算普朗克平均吸收系数的新方法。比较发现,提出的新方法简捷,其计算结果与文献结果吻合较好。     

窄谱带模型在气体辐射中的应用

由于通常情况下视气体介质为透明,所以气体辐射常常被忽略不计.随着气体浓度的增加,气体参与辐射的性能增强,因此准确模拟燃烧中产生的气体辐射特性具有重要的现实意义.在以往的气体辐射换热计算中,均把实际气体假设为灰气体,而使得其辐射特性与波长无关,这大大简化了计算的复杂程度,但同时也降低了计算的准确度.研究了窄谱带模型在气体辐射中的运用,根据气体介质的物理性质,计算了对应各个波长段的辐射强度和穿透率.并将计算结果绘制成曲线图,说明研究细化到气体辐射过程中的每一个波长段.另绘制温度值和烟灰微粒的体积分数改变后的曲线图,并与改变之前的相对应的曲线图进行比较,说明窄谱带模型应用的研究结果符合实际情况.     

高浓度二氧化碳烟气辐射换热特性分析与计算

介绍了常规辐射特性计算方法、逐线计算方法和基于光谱法窄谱带模型的Leckner方法,采用Leckner方法对二氧化碳烟气辐射特性进行计算并与常规计算和逐线计算进行比较,结果表明由于范围限制常规方法不适用于高浓度二氧化碳烟气辐射特性计算,Leckner方法能保证足够精度,较之传统方法有着更广泛的适用范围,可用于高浓度二氧化碳烟气辐射特性计算;采用Leckner方法计算表明,在高浓度二氧化碳烟气中,发射率随烟气温度的增加而降低,随辐射层厚度的增加而升高。     

窄谱带模型数值研究高温喷流动态红外特性

对高温超声速喷流流场的动态红外辐射特性进行研究.采用窄谱带模型结合光谱数据库及Mie散射理论建立求解非灰吸收、发射、散射性介质红外辐射传输计算模型.数值模拟了某高温喷流2～5μm光谱红外特性,获得了不同飞行高度时高温喷流的红外仿真热像、光谱、波段及总辐射强度仿真数据.比较结果表明:高温喷流在2～5μm光谱呈明显双峰特性;动态飞行时喷流红外光谱选择性是相类似的,光谱总辐射强度随高度增加先增大后减弱;低空时2～3μm波段辐射强度大于4～5μm波段辐射强度,而随着高度的增加,4～5μm波段辐射强度将大于2～3μm波段辐射强度。     

混合气体谱带模型的修正

针对目前气体辐射特性计算模型存在的不完善因素，本文通过考虑滤长、温度总压以气体成份对总辐射特性的影响，提出了用谱线增宽程度和指数宽带参数对现有的混合气体谱带模型进行修正。并从两个方面对模型的正确性进行了验证。结果表明，本模型的计算结果与实验数据吻合良好。     

复杂边界条件下半透明介质内辐射与导热非稳态复合换热的数值方法

本文采用控制容积法,光线踪迹法结合谱带模型,研究复杂边界条件下一维半透明非灰体介质内辐射与导热非稳态复合换热的数值计算方法。     

微波激励高纯氧产生的新谱带

利用微波激励高纯氧观测到了峰值波长分别为483．1nm和519．9nm的两个新谱带．通过实验和动力学过程分析说明这两个谱带不是由O2或O3发射的，理论计算证明这两个新谱带是由O2分子的两个激发态O2(^1∑g^ )和O2(^1Δg)碰撞反应辐射的．     

双蓄热式环形炉内流动与传热过程的数值模拟

为了描述双蓄热式环形加热炉在特殊结构下流动、传热和燃烧过程的特性，建立了非对称双蓄热式环形实验炉内流动、传热和燃烧过程的数学模型.湍流模型采用标准κ-ε双方程模型，燃烧模型采用平衡混合分数（PDF）模型，辐射传热模型采用离散坐标(DO)辐射模型.利用数值仿真软件进行了模拟计算，结果表明，炉膛内温度均匀性较好，一氧化碳的燃烧完全，二氧化碳的浓度在炉内分布均匀.     

飞机尾向的红外辐射强度计算

引入统计模型来解决高温非均匀气体的红外辐射传输问题，用宽带法确定谱带模型参数，提出了实用的尾喷焰的流场模型。使红外辐射强度的计算量大大减少。对飞机尾喷焰的 ４．３μm 带红外辐射强度进行了计算。可为红外寻的及红外防护提供理论依据。     

辐射废锅内高温高压合成气的辐射特性

以Edwards的指数宽带模型为基准,研究了含一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的整体煤气化联合循环系统(IGCC)气化炉出口合成气在高温高压环境下的辐射特性,计算出了混合物在不同气体温度、压力、壁面温度和射线行程长度下的总吸收比和总发射率,并将低压下的值与Hottel线算图进行了对比,对比结果良好.针对一工程实际IGCC(压力3.5MPa、平均温度约1300K)辐射余热锅炉,选用了合理的辐射与对流换热模型,将指数宽带模型应用于炉内换热计算,结果显示:辐射换热是炉内主要换热方式,辐射换热可达总换热量的70%左右,炉膛出口烟温计算值与现场值符合较好.     

两种非灰气体辐射特性模型的研究

加热炉内的传热以非灰气体参与的辐射换热为主,准确求解炉气的辐射特性对于炉子热过程数学模型至关重要．本文考察了两种非灰气体辐射特性模型,即Edwards指数宽带模型和Leckner级数式,并应用这两种模型计算了二氧化碳和水蒸气的辐射特性．结果表明,在加热炉的工作温度和压力行程范围内,两种模型在总体上具有相当的精度,但是在实际生产过程中,却有必要根据模型的计算精度、采用的燃料不同和现场的硬件设备及其存储和耗时的要求,对二者的最优适用范围予以区分．     

考虑热辐射作用的燃速相关性

本文以复合固体推进剂凝相燃烧模型为基础,发展了一种考虑热射辐对燃面作用的理论模型,得到了预示药条、缩比和全尺寸发动机燃速相关的半经验方法。对外加热辐射的四种复合推进剂和三种复合推进剂的药条、φ152mm与φ300mm发动机的燃速相关性进行了预示,结果与实验值相一致。该燃速相关方法可用于工程设计。     

多孔介质内低热值气体燃烧及传热数值模拟

以一个简化的氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器为模拟对象,使用计算流体力学(CFD)方法对低热值气体燃烧进行模拟研究.考虑气体的湍流扩散和气固间的对流换热及固体间的辐射和导热换热,通过研究多孔介质内的压力分布、速度分布、温度分布及组分分布,对多孔介质内的总的热流密度及辐射热流密度进行对比分析,揭示燃烧器内不同轴向位置的燃烧及换热规律.结果表明,低热值气体在氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器内燃烧时火焰面前沿气固温差大于火焰面后气固温差.火焰面前沿固体温度高于气体温度,热量由固体传向气体,对流换热强度较大;火焰面后沿气体温度高于固体温度,热量由气体传向固体,对流换热强度较小.     

油页岩颗粒燃烧的高温段多相燃烧模型

油页岩的燃烧过程是复杂的.基于热重燃烧曲线,可将油页岩的燃烧过程分为低温阶段、过渡阶段和高温阶段3部分:低温阶段为均相燃烧,高温阶段为多相燃烧,而过渡阶段则为高温阶段的多相燃烧准备条件.本文建立了高温段的多相燃烧模型:在能量方程中耦合了颗粒与外界环境之间的对流和辐射换热;低温阶段挥发分的大量释放使得油页岩内部孔隙增大,因而考虑了颗粒内表面积对碳的燃烧反应速率的影响;同时也考虑了挥发分和固定碳的燃烧对油页岩固体颗粒密度的影响.模型的计算结果与实验数据相吻合.     

A new hybrid method——combined heat flux method with Monte-Carlo method to analyze thermal radiation

A new hybrid method, Monte-Carlo-Heat-Flux （MCHF） method, was presented to analyze the radiative heat transfer of participating medium in a three-dimensional rectangular enclosure using combined the Monte-Carlo method with the heat flux method. Its accuracy and reliability was proved by comparing the computational results with exact results from classical ＂Zone Method＂.     

离散格式对辐射换热有限体积法精度的影响

采用有限体积法计算了轴对称圆柱形介质以及立方体简化炉膛内的辐射传输问题,计算结果与离散传递法、蒙特卡洛法的结果相吻合.重点分析了不同网格离散划分方法(FVM1,FVM2和FVM3)对温度场、投射热流、净热流分布等计算精度的影响,同时考察了不同的角度离散格式(天顶角均匀划分法FA1,天顶角余弦均匀划分法FA2和圆周角4n式划分法FA3)与计算精度的关系.结果表明,采用FA3划分方案得到的计算结果较精确,而FA1和FA2方案结果误差较大,因此建议采用FA3方案进行角度离散.     

Finite element analysis for radiative heat transfer in multidimensional participating media

A finite element model is developed to simulate the radiative transfer in 2D and 3D complex-geome-tric enclosure filled with absorbing and scattering media. This model is based on the discrete ordinates method and finite element theory. The finite element formulations and detailed steps of numerical calculation are given. The discrepancy of the results produced by different space and solid angle discretization is also investigated and compared. The effect of the six-node quadric element on the accuracy is analyzed by a 2D rectangular enclosure. These results indicate that the present model can simulate radiative transfer in multidimensional complex-geometric enclosure with participating media effectively and accurately.     

利用原型辐射传热模型进行锅炉炉内数值模拟

将原型辐射传热模型应用于炉内燃烧模拟,针对某电厂锅炉燃烧室进行了炉内流动、传热及燃烧过程数值计算,为锅炉的选型设计、运行优化及新型燃烧器的研制提供了手段。     

水基碳纳米管纳米流体在矩形腔内的自然对流传热

为了评估碳纳米管在强化传热技术中的应用潜力, 采用实验方法研究水基碳纳米管纳米流体在矩形封闭腔内的自然对流传热性能, 由实验得到瑞利数为1.92×105～2.52×106范围内不同颗粒体积分数的纳米流体沿矩形封闭腔热流方向的平均努塞尔数分布.采用瞬态热线法和旋转黏度仪测量水基碳纳米管纳米流体的导热系数和黏度,探究纳米流体导热系数和黏度与纳米颗粒体积分数的变化关系,分析纳米流体导热系数和黏度对纳米流体自然对流传热的影响.结果表明:在封闭腔内纳米流体沿热流方向的平均努塞尔数随着瑞利数的增加而增大,封闭腔内对流传热不断增强;与水的自然对流传热相比,在低瑞利数(Ra＜8.5×105)时,纳米流体自然对流传热效果随着颗粒体积分数的增加而增强;在高瑞利数(Ra＞8.5×105)时,体积分数为0.48%的纳米流体的平均努塞尔数比水大,自然对流传热得到强化,而体积分数为1.45%的纳米流体的平均努塞尔数比水小,自然对流传热减弱.     

新建建筑外保温围护结构热质耦合传递

为分析新建建筑围护结构的干燥过程,对哈尔滨地区新建建筑围护结构干燥过程的热湿耦合传递进行模拟.考虑液态水的渗透和冬季围护结构内湿分结冰的情况,以液态体积含湿量梯度为质驱动势,以温度梯度为热驱动势,建立不同干燥时段的热质耦合传递质能平衡方程,并对模拟结果进行分析.结果表明:新建建筑围护结构的干燥速率第一年最快,尤其是前几个月;由于围护结构较大的初始含湿量和冬季外侧结冰量,第一年围护结构的保温性能是最差的;在相同的室外气候条件下,与第十年冬季的传热系数相比,第一年要增加约10%,严重影响第一年的建筑能耗.