基于Fluent的甲烷-空气对冲预混火焰数值模拟开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

层流燃烧速度是一维绝热平面的火焰面相对于来流未燃预混气体的速度。它是一类混合气体的基本特性,对于研究化学动力学机理和建立紊流模型来说,这是一个十分重要的参数。当今世界汽车、能源等行业和相关研究需要更精确的化学动力学机理和紊流燃烧模型,这二者都要依赖于更精确的层流燃烧速度,因此如何建立更精确的测量系统是一个研究热点。

层流燃烧速度的测量主要有本生灯法、平面火焰法、定容燃烧弹法和对冲火焰法等。本生灯法、定容燃烧弹法分别采用圆锥形预混火焰和球形预混火焰对层流燃烧速度进行测量,而平面火焰法在两个足够近平板之间形成层流流动的方法测量层流燃烧速度,由于拉伸率不规律和难以测量,实验装置边界条件与理论要求相去甚远等原因,它们在测量层流燃烧速度上分别有其局限性。为了达到绝热、自由和较好的消去拉伸率的影响等条件,1984年wu,c.k和law,c.k.提出采用对冲火焰法对层流燃烧速度进行测量,这种方法的确在一定程度上克服了上述问题。但是由于喷口的类型、制造和安装时的误差、喷口流速和流量分配等都会对实验结果造成一些误差,这极大的降低了对冲火焰法的精度,由外推法得到层流燃烧速度也有误差。

对冲火焰法的准确性很大程度上依赖于获取其准一维特性和外推的准确性。1991年tien,j.h.和matalon,m.和dixon-lewis,g.就已经开始从理论分析和数值模拟这两种方法探究外推的准确性;1997年b.h.chao、f.n.egolfopoulos和c.k.law研究了不同外推法的误差。对于对冲火焰的准一维特性的研究从1984年对冲火焰法被提出就开始了,从1984年到2000年间,law ck.、zhang h, egolfopoulos fn、vagelopoulos cm等人分别从理论上和数值模拟上证明了理想情况下对冲火焰中轴线上的准一维特性以及部分影响因素,然而在实际实验中,由于实验装置和人员操作等原因难以达到真正的准一维状态。2011年,李博、田雪沁等人利用实验方法探究了数据处理的轴线偏离喷口中心线造成的影响;2017年r.roe burrell、runhua zhao等人利用数值模拟和实验的方法研究了喷口喷射速度差造成的影响。然而对喷口类型、喷口直径、喷口间距、喷口轴线的相对位置等对其准一维特性的影响的仍然需要更多的研究,这些研究对建立对冲火焰实验设备和用对冲火焰法得到的结果的分析有极大的意义。相比于制造大量实验装置和更接近理论极限的装置进行实验,利用数值模拟方法进行研究更加高效。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:

以甲烷/空气预混对冲火焰为载体,在fluent平台上利用数值模拟方法对对冲火焰法中喷口设计、喷口相对位置和喷射流量分配等对对冲火焰中心轴线上准一维特性的研究。

目的:

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3. 研究计划与安排

第1—3周 完成翻译并查阅文献完成文献综述和开题报告;

第4—5周 阅读文献掌握对冲火焰试验台的结构和组成并学习fluent软件的操作方法和应用;

第6—7周 参考文献建立物理模型找到数值模拟的方法并在fluent平台内建立合适的模型;

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4. 参考文献(12篇以上)

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