输运概率密度函数中的小尺度标量混合建模 被引量：2

1

作者 任祝寅 解青 +1 位作者 杨天威 周华 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期501-514,共14页

输运概率密度函数方法能精确地求解湍流燃烧中的有限化学反应速率,但小尺度上分子扩散引起的组分变化则需要通过标量小尺度混合模型来模拟。论文综述了当前湍流预混燃烧中混合模型研究的最新进展。首先介绍了现有标量混合模型在不同预... 输运概率密度函数方法能精确地求解湍流燃烧中的有限化学反应速率,但小尺度上分子扩散引起的组分变化则需要通过标量小尺度混合模型来模拟。论文综述了当前湍流预混燃烧中混合模型研究的最新进展。首先介绍了现有标量混合模型在不同预混燃烧模式下的表现:对于火焰面燃烧模式,保持组分空间的临近性对于标量混合模型非常重要,标量混合频率受火焰结构影响显著;对于破碎反应区模式,组分空间保持临近性的重要性有所减弱,标量混合频率由湍流主导。接着介绍了最新基于直接数值模拟数据的标量小尺度混合机制和建模研究,包括湍流预混燃烧中反应标量小尺度耗散机制、反应标量混合时间尺度在不同燃烧模式下的演化规律、依据线性混合思路构建的标量混合时间尺度模型。针对不同湍流预混燃烧模式的模型验证表明:相比于已有湍流混合时间尺度模型,新模型显著提升了对湍流预混火焰中的标量耗散率和燃烧特性的预测精度。最后介绍了大涡模拟/输运概率密度函数方法在近极限湍流预混火焰,如甲烷预混值班火焰和湍流对冲预混火焰中的应用,验证了其对贫燃、高湍流度条件下的湍流-化学反应相互作用及局部熄火/再燃现象的预测能力。 展开更多

关键词 湍流燃烧 输运概率密度函数方法 标量混合模型 近极限燃烧 发动机低排放燃烧

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湍流两相流的脉动速度联合PDF输运方程 被引量：5

2

作者 赵海波 柳朝晖 +1 位作者 郑楚光 王汉封 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第5期675-681,共7页

概率密度函数（PDF）的方法是构造两相湍流模型的一种重要的方法.构建气体-颗粒速度联合PDF输运方程的关键是颗粒所见气体微团速度的Langevin方程.首先由N-S方程出发,精确推导出颗粒所见气体微团脉动速度的Langevin方程,进而通过理论分... 概率密度函数（PDF）的方法是构造两相湍流模型的一种重要的方法.构建气体-颗粒速度联合PDF输运方程的关键是颗粒所见气体微团速度的Langevin方程.首先由N-S方程出发,精确推导出颗粒所见气体微团脉动速度的Langevin方程,进而通过理论分析表明,对比通常采用的颗粒所见气体微团瞬时速度的Langevin方程而言,采用前者能有效地减少关联量的统计偏差.最后,给出了颗粒-气体脉动速度的联合PDF输运方程. 展开更多

关键词 湍流 两相流 脉动速度 联合PDF输运方程 概率密度函数 LANGEVIN方程 统计偏差

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用ASOM和PDF方程模型模拟湍流射流燃烧 被引量：1

3

作者 王方 周力行 +1 位作者 许春晓 Graham M Goldin 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期431-436,共6页

分别用代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型和概率密度函数(PDF)输运方程模型模拟了美国Sandia国家实验室测量的甲烷-空气湍流射流燃烧,并将模拟结果与实验结果对比.结果表明,在大多数区域内,两种模型预报的平均温度、平均组分质量分数都与实... 分别用代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型和概率密度函数(PDF)输运方程模型模拟了美国Sandia国家实验室测量的甲烷-空气湍流射流燃烧,并将模拟结果与实验结果对比.结果表明,在大多数区域内,两种模型预报的平均温度、平均组分质量分数都与实验结果符合很好,考虑到ASOM模型的计算量约为PDF方程模拟计算量的1/100,因而认为ASOM模型更适合工程应用.用PDF模拟结果统计的温度和质量分数脉动的自关联,以及反应速率系数脉动和质量分数脉动的互关联,在大多数区域内与对应的时均量的梯度乘积有相似的变化趋势,因此验证了ASOM模型封闭假设的合理性。 展开更多

关键词 湍流燃烧 二阶矩模型 标量概率密度函数方程模型

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不同植物穿孔板结构的水输运特性分析

4

作者 伍根生 苏桐 +2 位作者 谢建军 陈伟宇 袁志山 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第1期80-86,共7页

为揭示木质部穿孔板几何分布及结构参数对导管水输运的影响,采用计算流体动力学方法构建了植物微结构流体模型,并结合伯努利方程,基于低雷诺数k-ε湍流物理场,研究3种穿孔板结构内部微流动机理.通过压力差、流动阻力系数及水力传导率的... 为揭示木质部穿孔板几何分布及结构参数对导管水输运的影响,采用计算流体动力学方法构建了植物微结构流体模型,并结合伯努利方程,基于低雷诺数k-ε湍流物理场,研究3种穿孔板结构内部微流动机理.通过压力差、流动阻力系数及水力传导率的变化分析导管内径、穿孔板种类、倾斜角、孔数及等效直径比对导管水输运的影响规律.结果表明:相较内径40μm,穿孔板倾斜角20°、等效直径比0.84的单穿孔板导管,网状穿孔板导管压力差增大了44.2%,流动阻力系数增大了53.3%;梯状穿孔板导管压力差增大了76.5%,流动阻力系数增大了92.3%.相同参数下,导管压力差及流动阻力系数与导管内径、穿孔板倾斜角及等效直径比成反比,与穿孔板孔数成正比.其中,单穿孔板倾斜角对导管水输运特性影响较小.3种导管水力传导率按孔板排序从大到小依次为单穿孔板、网状穿孔板和梯状穿孔板.内径越大的导管水力传导率越高. 展开更多

关键词 水输运 木质部穿孔板 伯努利方程 低雷诺数k-ε湍流模型 流动阻力系数

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湍流预混燃烧逆梯度输运分布的数值研究 被引量：1

5

作者 虞达礼 陈方 刘洪 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期840-846,共7页

为了研究湍流预混火焰中逆梯度输运现象的发展、空间分布规律和相关流场控制因素,基于湍流火焰封闭模型(Turbulent Flame Closure,TFC)机理进行准一维分析,得出了当地标量通量的逆梯度输运分量随预混燃烧反应进度变量的关系。通过Morea... 为了研究湍流预混火焰中逆梯度输运现象的发展、空间分布规律和相关流场控制因素,基于湍流火焰封闭模型(Turbulent Flame Closure,TFC)机理进行准一维分析,得出了当地标量通量的逆梯度输运分量随预混燃烧反应进度变量的关系。通过Moreau燃烧室模型的数值模拟,验证了准一维分析结果的适用性。在此基础上,通过多工况计算,对比研究了密度比对流场逆梯度输运分布的影响。结果表明:预混燃烧流场中标量通量的逆梯度输运现象总发生在火焰中更靠近未燃混合物一侧;增大密度比,流场逆梯度输运特性增强且其区域向反应物侧靠拢。 展开更多

关键词 湍流预混燃烧 逆梯度输运 湍流火焰封闭模型 准一维计算

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TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型及其检验

6

作者 王方 杨子峥 +1 位作者 韩宇轩 金捷 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3265-3282,共18页

先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制,现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型精度高,代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型计算成本低,类比离散涡模拟思想,基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低... 先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制,现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型精度高,代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型计算成本低,类比离散涡模拟思想,基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低成本”2个区域,在输运方程框架下采用随机场TPDF(高精度)和ASOM(低成本)方法重构TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,以提高模拟的整体精度和效率。在大涡模拟(LES)-TPDF程序平台创建ASOM并进一步实现TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,用Flame D实验数据检验所建模型和方法。结果表明:所建模型的预测结果与实验值接近,而且能够兼顾精度和计算效率。 展开更多

关键词 复合湍流燃烧模型 随机场输运概率密度函数-方程湍流燃烧模型 代数二阶矩湍流燃烧模型 Da数 Flame D

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利用重正化群方法推导湍流二阶矩封闭模型 被引量：2

7

作者 刘正锋 王晓宏 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期195-201,共7页

Rubinstein和Barton在其原始工作中,利用Yakhot-Orszag湍流重正化群方法对雷诺应力输运方程中的速度-压力梯度项和各向同性回归过程进行了模拟．文中分析了其在理论推导过程中存在的数学物理上不自洽的问题及计算错误,并且利用重正化群... Rubinstein和Barton在其原始工作中,利用Yakhot-Orszag湍流重正化群方法对雷诺应力输运方程中的速度-压力梯度项和各向同性回归过程进行了模拟．文中分析了其在理论推导过程中存在的数学物理上不自洽的问题及计算错误,并且利用重正化群方法重新系统地对雷诺应力输运方程进行了模拟,计算得到的湍流常数理论值和经验值相接近． 展开更多

关键词 湍流模式 雷诺应力输运方程 二阶矩封闭模型 计算流体力学 重正化群

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基于LES的射流火焰湍流辐射交互作用研究

8

作者 宋绪光 金捷 +1 位作者 张敏琦 王方 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2667-2676,共10页

在大涡模拟中,研究了亚格子湍流辐射交互作用(SGS-TRI)对Sandia Flame D和Flame 4D(Scaled Sandia flame D)辐射源项的影响。模拟中,采用概率密度函数输运方程(TPDF)湍流燃烧模型模拟湍流燃烧过程,球谐函数(P1近似)法、灰气体加权和模型... 在大涡模拟中,研究了亚格子湍流辐射交互作用(SGS-TRI)对Sandia Flame D和Flame 4D(Scaled Sandia flame D)辐射源项的影响。模拟中,采用概率密度函数输运方程(TPDF)湍流燃烧模型模拟湍流燃烧过程,球谐函数(P1近似)法、灰气体加权和模型(WSGGM)模拟辐射换热。采用湍流涡团光学薄脉动近似(OTFA)处理滤波吸收项,分别采用考虑和忽略SGS-TRI的方法求解滤波发射项。结果显示,SGS-TRI仅在辐射源项本身数值较小的区域对时均辐射源项有相对较大的影响(最大为25%);考虑和忽略SGS-TRI计算得到的时均温度以及CO_(2)浓度等径向分布基本重合(相对差别小于3%)。因此,亚格子湍流辐射交互作用对无碳烟湍流射流火焰(Flame D和Flame 4D)的影响较小。 展开更多

关键词 湍流辐射交互作用 亚格子 大涡模拟 概率密度函数输运方程模型 辐射传热

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重型燃气轮机DLN燃烧室环形区的优化 被引量：6

9

作者 雷俊勇 李宇红 +1 位作者 由长福 祁海鹰 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期340-344,共5页

为了研究一种引进的燃气轮机干式低污染燃烧室性能并探索其设计方法,采用数值方法计算了该燃烧室环形区的流场和温度场,发现环形区存在燃烧效率低、污染物生成高等不足之处．对可能的设计思路进行了分析,并进一步提出两种结构改进方案,... 为了研究一种引进的燃气轮机干式低污染燃烧室性能并探索其设计方法,采用数值方法计算了该燃烧室环形区的流场和温度场,发现环形区存在燃烧效率低、污染物生成高等不足之处．对可能的设计思路进行了分析,并进一步提出两种结构改进方案,数值计算表明,改进方案可显著提高燃烧效率并降低污染物生成． 展开更多

关键词 重型燃气轮机 干式低污染燃烧室 计算流体力学 湍流剪应力输运模型

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基于曲线坐标系浸没边界方法的折流燃烧室模拟

10

作者 王煜栋 王方 +1 位作者 甘甜 金捷 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期118-130,共13页

航空发动机折流燃烧室几何结构复杂,其高保真数值模拟需要高效的网格与边界条件处理方法。采用曲线坐标系隐式浸没边界方法结合大涡模拟-概率密度函数输运方程湍流燃烧模型开发自研软件,并实现WP11中折流燃烧室的高保真模拟。流动模拟... 航空发动机折流燃烧室几何结构复杂,其高保真数值模拟需要高效的网格与边界条件处理方法。采用曲线坐标系隐式浸没边界方法结合大涡模拟-概率密度函数输运方程湍流燃烧模型开发自研软件,并实现WP11中折流燃烧室的高保真模拟。流动模拟中准确解析了该燃烧室中的三股主要气流,且三股气流分别约占进口流量的75%,12.5%和12.5%。两相燃烧模拟中针对拉格朗日框架下的液滴运动和欧拉框架下的湍流燃烧采用不同网格标记,模拟得到的出口径向温度分布规律与实验一致,平均相对误差为17.95%,表明基于本方法开发的自研软件能准确模拟折流燃烧室中的两相湍流燃烧现象。 展开更多

关键词 数值模拟 浸没边界方法 大涡模拟 概率密度函数输运方程 湍流燃烧模型 折流燃烧室

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详细化学反应机理对预混丙烷钝体熄火模拟影响 被引量：2

11

作者 王方 韩宇轩 +2 位作者 窦力 王煜栋 金捷 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2295-2305,共11页

航空发动机熄火预测是重要关键问题之一,湍流和化学反应的非线性相互作用使预测非常困难。本文采用大涡模拟(LES)对湍流进行高精度模拟,采用概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF)耦合JL4,Z66和H73三种化学反应机理,对预混丙烷钝体熄... 航空发动机熄火预测是重要关键问题之一,湍流和化学反应的非线性相互作用使预测非常困难。本文采用大涡模拟(LES)对湍流进行高精度模拟,采用概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF)耦合JL4,Z66和H73三种化学反应机理,对预混丙烷钝体熄火现象和规律进行研究。JL4的反应机理最简单,反应释热快,局部放热高,火焰宽度大,火焰两侧温度梯度大,燃烧更加趋于稳定,无法模拟出熄火状态。H73机理绝热火焰温度低,火焰温度低,回流区中部OH含量高;在近熄火状态,大量CO被氧化,释放热量过高导致无法模拟出熄火现象。Z66机理可以模拟出火焰正常状态,在低当量比下也可以模拟出熄火状态。算例中,局部Da>1的区域超过35%则会发生熄火。 展开更多

关键词 概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF) 大涡模拟(LES) 钝体熄火 反应机理 AECSC程序

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随机场TPDF在非结构网格平台的开发及检验

12

作者 王方 杨兴峰 +3 位作者 方存 许笑颜 莫毅 高浩卜 《航空发动机》 北大核心 2023年第1期95-102,共8页

为实现对燃烧室内部燃烧过程的高精度数值模拟,增强航空发动机燃烧室研究手段,采用开源的非结构网格平台Saturne,开发可以耦合详细化学反应机理,高精度解析湍流燃烧过程的概率密度函数输运方程(TPDF)湍流燃烧模型。采用随机场方法求解T... 为实现对燃烧室内部燃烧过程的高精度数值模拟,增强航空发动机燃烧室研究手段,采用开源的非结构网格平台Saturne,开发可以耦合详细化学反应机理,高精度解析湍流燃烧过程的概率密度函数输运方程(TPDF)湍流燃烧模型。采用随机场方法求解TPDF方程,在原有程序基础上研发了TPDF程序模块及配合的加速算法等模拟单元,发展了针对燃烧室燃烧过程模拟的软件功能。采用射流火焰Flame D和旋流火焰TECFLAM对新软件进行了测试,结果表明:模拟结果与试验数据趋势一致,精度尚可。对某型燃烧室性能模拟验证中,计算的出口温度分布与试验结果一致,平均温度误差小于3.8%,新的软件可进一步应用于燃烧室性能的研究。 展开更多

关键词 概率密度函数输运方程湍流燃烧模型 随机场方法 非结构网格 射流火焰 旋流火焰 航空发动机

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基于释热率分析的钝体贫油熄火过程分析 被引量：3

13

作者 邢竞文 金捷 王方 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期473-484,共12页

针对锥形钝体稳定的甲烷-空气预混湍流火焰复杂的熄火过程,采用大涡模拟(LES)与输运方程概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型相结合的模拟方法,研究远离熄火、近熄火及熄火点的火焰和释热率(HRR)数值变化情况,定量分析熄火判据。结果表明:... 针对锥形钝体稳定的甲烷-空气预混湍流火焰复杂的熄火过程,采用大涡模拟(LES)与输运方程概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型相结合的模拟方法,研究远离熄火、近熄火及熄火点的火焰和释热率(HRR)数值变化情况,定量分析熄火判据。结果表明:冷态速度模拟结果和实验的相对均方根误差在10%以内,热态误差在20%以内;释热率是否出现在OH和CH;O重叠的区域,是判断熄火的一个重要参数;远离熄火时,释热率高的区域主要沿内侧剪切层出现;近熄火工况下,释热率在流向轴上闭合,回流区下游也出现较大的释热率;熄火点工况下,较大释热率的区域在回流区下游和上游均有出现;模拟预测的熄火情况和实验PLIF结果一致;平均释热率可作为判断熄火的定量依据,即当钝体后方0.2d处内侧剪切层平均释热率与回流区平均释热率的比值小于4时,发生熄火。 展开更多

关键词 释热率(HRR) 贫油熄火边界预测 大涡模拟(LES) 输运方程概率密度函数(TPDF) 湍流燃烧

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