《燃烧诱导爆炸》ppt课件

1、熄灭诱导爆炸熄灭诱导爆炸南京理工大学瞬态物理重点实验室范宝春 内容 预混火焰的根本特征 预混火焰的数学描画 火焰诱导爆炸过程 湍流熄灭的数值方法 一. 预混火焰的根本特性 1. 传播性 2. 稳定性 3. 紧缩性传播性火焰构造Arrhenius 定律反响速度，熄灭速度和传播速度传播机制 熄灭和爆轰exp()kmmakkkEAYRT 稳定性稳定性分类失稳诱导的湍流及加速火焰RAYLEIGH-TAYLOR (RT)不稳定不稳定 重力重力(Taylor) 加速度加速度Rayleigh-taylor) 压力梯度：激波压力梯度：激波Richtmyer-Meshkov, Markstein), 稀疏波稀疏

2、波KELVIN-HOLMHOLTZ(KH)不稳定不稳定DARRIEUS-LANDAU不稳定不稳定 受热膨胀受热膨胀BAROCLINIC EFFECT 密度梯度于压力梯度斜交密度梯度于压力梯度斜交密度延续Rayleigh-Taylor不稳定Kelvin-Helmholtz 不稳定Richtmyer-Meshkov-Markstein 不稳定斜压效应火焰与反射波紧缩性20()1()fssuapxdutDdprlnppevCC Q1.熄灭是膨胀过程，引入热性系数，描画熄灭导致的膨胀功2.加速火焰诱导的紧缩作用，类似加速活塞，在流场中可以诱导激波。3.激波足够强时，直接点燃可燃气体，熄灭气体的膨胀，将

3、化学能传送给激波，使之自持，成为爆轰。其中21 ()fuDa 二. 预混火焰的数学描画 Navier-Stokes 方程 低Mach数熄灭方程 Euler 方程0iiutxi jijijju uuftxxj iititiiiiijueqeuutxxx FkkikkikiiYY uY Vtxxi ji ji jp jii jjiuuxxk T qiifFkkkiiYC VDx 化学反响流的守恒方程N-S方程21eDDtRu22222()()d Utxdyx 不稳定性Stretching term Diffusion term uyx ()( )irkC tik x C ty eeeecRReec

4、RR层流湍流(一定是三维问题)低速等压熄灭22ijiieiDupMMDtxRx 21M 动量方程无量纲化当时0ipx压力在空间没有分布,即没有压力波的存在该方程是熄灭学的根本方程Euler Equations0iiutxijijiuuuptxx iiiiueeuptxx 0iiuDDtx0iiDupDtx0iiuDepDtx0DsDt守恒型非守恒型该方程是爆轰学的根本方程1. 方程不适定(不独一)2. 不能描画激波 0DsDt缺乏熵增机制3. 不能完全描画熄灭,特别是无激波诱导 的熄灭或DDT过程缺乏分散机制,火焰加速机制1. 将激波视着流场内边境,解是独一确定的. 激波装配2. 离散时的数值

5、粘性,与离散差分方程对应 的修正方程是一个粘性流方程 激波捕捉3. 讨论加速熄灭时,随意选取反响参数 或用 于激波诱导的熄灭局限性运用时的处置三.熄灭诱导爆炸DDT过程弱点火火焰失稳湍流猝发火焰加速(湍流熄灭)诱导激波(爆炸, Deflagration)自爆炸爆炸放大(SWACER)构成爆轰熄灭诱导爆炸过程与湍流有关。要准确描画该过程的细节，判别爆炸能否发生及其发活力制,还有待于湍流和湍流熄灭实际的开展和完善. 四. 湍流熄灭的数值方法湍流湍流特性 1. 一种用N-S方程描画的流动景象 2. 不可预测的随机性(方程已失稳)几个问题 1.能否经过N-S方程直接模拟 精度、分辨率 DIRECT N

6、UMERICAL SIMULATION SPECTRAL THEORY VORTEX ELEMENT METHOD 2.能否用统计力学描画 KOLMOGOROV CASCADE湍流问题的解 1.滤波 LES RAV 2.封锁问题 4121010eRN湍流熄灭 湍流熄灭问题非常复杂，同时也富有挑战性 1.滤波时Arrhenius 公式带来的困难 2.湍流脉动和化学反响之间存在剧烈的非线性耦协作用 胜利的湍流熄灭模型 可以思索恣意详细的化学反响动力学机理 合理的解耦湍流脉动和化学反响的非线性耦合早期熄灭模型及其缺陷直接封锁涡旋破碎模型 Eddy Break-Up基于唯象的假设经典PDF模型 假定P

7、DF分布,截尾正态分布 预混湍流熄灭模型 模型 分散湍流熄灭模型k- -g模型缺陷：不能思索详细化学反响 不能识别反响系统kfg0iiutxi jijijju uuftxxj iititiiiiijueqeuutxxx FkkikkikiiYY uY Vtxxi ji ji jp jii jjiuuxxk T qiifFkkkiiYC VDx 基于基元反响的湍流熄灭数值方法双尺度计算时采用两套网格: 1.大尺度(supergrid)主网格,用 LES求解 N-S方程(白色) 2.小尺度(subgrid) 亚网格, 直接模拟(LEM)求解基于Arrhenius定律的组元守恒方程(黄色)主网格中的

8、LES Decomposition of flow field Supergrid scale component Solved directly Subgrid scale component modeled Low-pass filtering ( , )() ( , )iiiiif x tG xxf x t dx1/0ixVGotherwiseBox filterffFaver spatial filtering0iiutx()0sgsiijijijijjuuuptx ()0sgssgsttjjiijjjjeep uquHtxLES Equation sgsijijijuuu u sgs

9、iititiiHeueupupu sgsjijiiijuuUnclosed subgrid termsSubgrid stress tensorSubgrid heat fluxUnsolved viscous workSubgrid ClosuresgsiPrsgssgstithHt 22sgsijijCSSS SNeglected1. Smagorinsk eddy viscosity model12()2jsgssgsiijtijijjiuuSSxx 1/2221()(2sgssgssgstkkC kkuu 2.Dynamic eddy viscosity model3.Subgrid

10、kinetic energy model4.Dynamic subgrid kinetic energy modelsgskEquation亚网格中的直接模拟()kkikkiiiYY uYDtxxxexp()kmmakkkEAYRTiiuuu,()kkikk stirkiiiYY uYFDtxxx,ikk stiriuYFx The concentration isopleths and concentration profile Schematic illustration of the effect of a eddy on a two dimensional scale field with a initially uniform concentration gradient Turbulent combustionBlock inversion modelBlock center yInterval of inversion lEvent frequency l