湍流燃烧模型

5湍流燃烧模型、湍流与气相的均相反应以及固相反应之间的强相互作用反应受发热密度变化影响湍流，而湍流通常通过加强反应物与产物的混合来影响燃烧，这通常是层流流动中的反应依赖于分子水平的混合，湍流中的反应率同时受湍流混合、分子输送和化学动力学三方面的影响因此，目前有一个普遍不适用的湍流燃烧过程中平均化学反应速率的模式，一个简单的化学反应体系和混合点数，简单的化学反应体系燃烧设备的运行重要的是燃烧热效应绕过化学反应的详细机理的化学反应是燃料， 在氧化物与产物之间的逐步不可逆反应中，各成分的湍流扩散系数相等，等于总焓的扩散系数，这意味着Le数等于1，各组分的比热相等，与温度无关。 考虑到简单的扩散燃烧反应，在燃料1千克s千克氧化剂(1 S )千克生成式中，s是完全燃烧燃料1千克所需的理论氧化剂的重量，简称燃烧和氧化剂的当量，与燃料和氧化剂的种类有关，与化学反应的流动状态没有关系。 构成单纯化学的反应体系的成分主要是燃料、氧化剂和生成物，这3种成分中的任意2种成分的质量分率是已知的，第3成分的浓度一般可以利用全部成分的质量分率之和为1来求出， 成分分布通过求解将平均化学反应率与起源项结合的2次非线性偏微分方程式，在单纯化学反应体系的假定下导入如下定义的质量分数简化(107 )式(以及分别为燃料和氧化剂的质量分数的时平均)，决定成分的质量分布的只有求解有源方程式和无源方程式的方程式可以改变。 另外，混合得分的方程式对于其瞬时值也同样成立，因此，由于是(108 )、所以对于被认为燃料和氧化剂的瞬时值在空间上不共存的扩散火焰，如果知道时间平均值，则如果是各成分的质量得分的瞬时值： 如果是这样的话。， 时间平均值及其脉动平均值的输送方程式形式分别在(109)(110 )式中满足被动保存方程式的量能始终称为保存量一定条件，保存量之间存在特别简单的定量关系，利用该关系得知保存量的空间分布后，可以根据边界值容易地决定其他保存量的空间分布， 双湍流扩散火焰模型扩散火焰的特征在于，化学反应速率显着超过燃料和氧化剂的混合速率的快速反应模型完全应用于层流扩散火焰，对湍流扩散火焰只能应用燃料和氧化物的瞬时值，必须考虑湍流脉动才能以其平均值分析湍流扩散火焰(2)假设高速反应模型成立的(3)确立用于固定变量的控制方程式(4)求和。 假定f的概率密度函数P(f )，并且将f表示为P(f )的函数。 由、和g的控制方程获得的g的密钥是确定f和各种化学热力学参数的平均值和脉动平均值，导入概率密度分布函数图2的概率密度函数，对于在0和1之间时间上脉动的随机混合物得分f (图2 )，在f到df的区间出现在这里，P(f )被称为概率密度函数(PDF )。 显然，有(111 )，f的时平均值和脉动平均值必须用下式(112 )、(113 )来确定任意函数。 此时平均值和脉动平均值在(114)(115 )，P(f )的决定中，使用完整的PDF模型，使用Monte-Carlos法求解PDF输送方程式需要大量的计算机时间设定PDF，被称为简化的PDF模型的图3的城墙脉动的PDF，城墙脉动的PDF (图3 )为spart在该模型中，假设f只能取两个值之和。 如果f相等的时间分数为是，则(116 )必然为(117)(118)(119)(120 )， g是通过式(119 )和式(120 )能够求出在方程式中求出的流场的任意位置之和而计算出对应的和，基于式(114 )、(115 )求出各种化学热力学系数的平均值和脉动平均值(121 )、(122 )的除了城墙式脉动的PDF以外，还能够求出其他形式的PDF， 例如截距正态分布的PDF也得到了广泛应用，但其计算时间远远超过了城墙式分布的PDF计算时间，且两种分布在计算湍流扩散火焰时结果基本相同。， 上述模型仅适用于双组分反应的简单情况，例如对于多组分和多于单步反应的煤的挥发分燃烧，Smoot等人提出了简化的PDF与局部瞬时平衡相结合的模型，在三湍流混合火焰模型中，火焰面以层流火焰传播速度SL传播到未气体SL与可燃气体的物理化学性质即流动状态无关，在高雷诺数紊流燃烧中，不存在单一的连续火焰面，呈现“容积燃烧”，可以认为燃烧区域整体由许多不同程度的燃烧气体和非燃烧气体构成。 此时，燃烧速度始终受流动状态控制，同时受分子输送和化学动力学因素影响的湍流燃烧过程的模拟除了湍流输送项的模拟外，在单纯的化学反应假设下，顺利进行该模拟的关键在于平均化学反应率、 即合理地模拟紊流燃烧速度即以简单的化学反应体系燃烧的瞬时反应率满足双分子碰撞模型的Arrehnius式： (123 )在与t的关系上，一般将各种化学热力学的大量、流动参数与其脉动的关联量联系起来封闭问题由于湍流与化学反应的相互作用相关，需要考虑湍流混合、分子输送和化学动力学三个因素，因此寻找与共同的局部参数相关的公式是非常困难的， Spalding分析影响的主要因素，并利用(124 )或(125 )来计算给出的简化表达式，即涡流破碎模型(eddy-break-up)EBU模型的二维边界层问题的湍流燃烧速度式中可以表示CE和CR为常数的gf是当地的燃料质量分率脉动的平均值(126 )，紊流燃烧系统中有作为扩散控制的反应流的区域，作为动力控制的反应流的区域，和作为扩散-动力控制的反应流的区域，因此实际的燃烧速度是扩散过程和反应动力学这里是用平均参数表示的Arrehnius型燃料比率式。 (127)(128 )，EBU模型的评价简单直观，湍流混合对燃烧速度的控制作用不能考虑分子输送的化学动力学因素的作用，对于只适用于高雷诺数湍流燃烧过程的EBU模型的不足，Spalding是“拉伸切片”模型(strecting slicing ) 其基本思想是，预混合火焰中充满含有不同比例未热气体的微块，微块内部的这种不均匀性的尺度由于紊流的作用而不断重复的拉伸、切断和折动过程而减少，在微块内部的已燃气体与未燃气体的边界面有火焰，它以相应的层流火焰传播速度传播到未燃部分。4湍流燃烧的相关矩封闭模型(平均反应率的运输方程模型)假定某恒压燃烧过程的反应机理可以用单步不可逆反应表示，其瞬时反应速度遵守双分子碰撞模型的Arrehnius公式： (129 )对变量和t进行雷诺分解，将上述公式求雷诺平均， 利用泰勒级数展开，可以省略脉动值的三次以上并列量，得到平均化学反应率的公式： (130 )公式中，将湍流脉动对平均化学反应率的影响归纳为f，难以对燃烧进行模型化。 在模拟过程中省略温度脉动的影响时，残留在f中的燃料和氧化剂质量分数脉动值的二次关联项的控制方程式中，(131 )式中的D1表层流交换系数s表示化学当量比，需要将、方程式(131 )的第三、五、六项建模并关闭。 其方法如下： (132)(133 )第6项模拟可简单省略脉动的三次相关项而实现。 这样，方程式(131 )成为(134 )，上述方程式和变量通过将其微分方程式和流动方程式联立，能够闭合方程式。， 湍流燃烧关联力矩封闭模型的评价物理思想和推论明显应该模型化的量多，而且在初期的应用中温度脉动对燃烧速度的影响被省略，因此其计算精度没有提高，在5湍流二相燃烧的模拟中有以下要素粒子反应(挥发、蒸发、异相燃烧) 影响气相紊流气体紊流影响粒子反应的粒子反应影响气相紊流燃烧的紊流二相流中的反应粒子相的模拟必须考虑化学反应粒子相的模拟，粒子质量， 在动量和能量湍流扩散和粒子经验效应Euler坐标系中必须处理气相的Lagrange坐标系中，描述了考虑粒子相反应的粒子相连续介质轨道模型和粒子经验效应的多流体模型、连续介质轨道模型的基本方法， 使用多流体模型求出Euler坐标系中粒子相的连续和动量方程式，求出粒子速度和浓度分布，同时沿着Euler坐标系中计算出的轨道或流线追踪反应和热传导引起的粒子质量和温度变化，使用常微分方程式和代数式，另一方面，为了在纯粹的多流体模型中考虑粒子经验的效果， 有必要在Lagrange坐标系中将描述粒子的总质量变化和daf煤