扩散火焰中湍流辐射交互作用的数值模拟

摘要

对于湍流反应流中的辐射换热，传统的模拟方法基于平均温度场和平均组分浓度场进行计算。大量的实验和模拟研究表明，传统方法并不能对反应流的辐射传输进行准确的预测。近二三十年来，许多研究机构和学者对湍流辐射计算模型展开研究,表明湍流与辐射是相关的，即存在湍流辐射交互作用(turbulence-radiation interaction, TRI)。因此，选择合适的模型对湍流辐射交互作用进行模拟是非常有必要的。
　　本文采用自定义标量法模拟湍流辐射交互作用。首先通过求解输运方程得到计算区域温度的脉动均方值，构建雷诺时均湍流辐射关联项；然后运用FLUENT软件的UDF功能对离散坐标模型的辐射传输方程进行重新构建，完成湍流辐射交互作用的模拟。将该方法的计算结果与不考虑TRI的辐射计算模型进行对比，发现在考虑TRI的情况下，计算得到的时均温度低于传统辐射计算模型得到的时均温度，而计算得到的生成物时均质量分数与传统辐射计算模型得到的时均质量分数存在差异。此外，本文对两者计算得到的时均辐射源项进行对比，结果表明考虑TRI情况的时均辐射源项高于传统辐射计算方法，这是由于传统辐射计算方法忽略了温度的脉动所导致的。
　　本文还运用假定形状概率密度模型对湍流辐射交互作用进行了模拟。假定瞬时温度和瞬时组分质量分数的脉动服从高斯分布，并根据k-ε-g燃烧模型得到的平均混合分数和混合分数的脉动均方值，以及混合分数与温度、组分质量分数间的线性关系，构建温度、组分质量分数的概率密度函数。基于以上参数构建时均辐射源项和时均吸收系数，并利用UDF功能修改辐射传输方程中的时均辐射源项和时均吸收系数。研究表明，计算得到的主燃区时均温度高于传统辐射计算模型，而且计算得到的辐射源项高于传统辐射计算方法。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3课题主要研究内容

第2章 TRI数值模拟理论基础

2.1引言

2.2辐射传输方程

2.3湍流火焰辐射物性参数

2.4 k-ε-g燃烧模型和概率密度函数模型

2.5本章小结

第3章 自定义标量法模拟湍流辐射交互作用

3.1引言

3.2湍流辐射脉动关联项

3.3燃烧器结构及控制方程

3.4甲烷/空气射流扩散火焰的模拟

3.5本章小结

第4章 假定形状概率密度函数法模拟湍流辐射交互作用

4.1引言

4.2混合分数与时均标量的关系

4.3时均吸收系数和时均辐射源项的构建

4.4氢气/空气射流扩散火焰的模拟

4.5本章小结

结论

需要进一步研究的工作：

参考文献

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致谢