氣體和兩相流燃燒：理論和數(shù)值模擬

目錄
序
前言
符號表
第一篇 氣體和兩相流燃燒理論
第1章 層流多組分有反應(yīng)流動(dòng)基本定律和守恒方程 3
1.1 基本關(guān)系式和輸運(yùn)定律 3
1.2 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基本關(guān)系式 5
1.3 雷諾通用輸運(yùn)定理 7
1.4 連續(xù)方程、組分方程和動(dòng)量方程.8
1.5 能量方程 9
1.6 多組分有反應(yīng)流動(dòng)的相似準(zhǔn)則 12
1.7 相分界面邊界條件和Stefan流 13
1.8 Zeldovich轉(zhuǎn)換和廣義雷諾比擬 16
參考文獻(xiàn) 17
第2章 著火和滅火理論 18
2.1 基本概念和量綱分析 18
2.2 密閉容器內(nèi)預(yù)混氣體著火的Semenov非定常模型 20
2.3 著火延遲 23
2.4 流動(dòng)系統(tǒng)著火的非定常分析法 25
2.5 熱板點(diǎn)燃的Khitrin-Goldenberg模型 26
2.6 良好攪拌反應(yīng)器中的Vulis著火和滅火模型 29
2.7 密閉容器內(nèi)著火的Frank-Kamenetsky定常模型 31
2.8 一般流動(dòng)系統(tǒng)著火條件的定常分析法 32
參考文獻(xiàn) 34
第3章 層流氣體燃燒理論 35
3.1 層流預(yù)混火焰.35
3.2 層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑シ匠?35
3.3 層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑シ匠痰娜舾尚再|(zhì) 36
3.3.1 絕熱邊界條件和本征值問題 36
3.3.2 冷端難題 36
3.3.3 溫度和濃度剖面的相似及焓值的守恒 36
3.4 層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊话惚磉_(dá)式 37
3.5 層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑シ匠痰慕平?37
3.6 層流預(yù)混火焰?zhèn)鞑シ匠痰木_解 41
3.7 各種外參數(shù)對傳播速度的影響 42
3.8 統(tǒng)觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的推算 42
3.9 層流擴(kuò)散火焰 43
參考文獻(xiàn) 44
第4章 液體燃料燃燒理論 45
4.1 液體燃料燃燒方式和特點(diǎn) 45
4.2 常溫環(huán)境中的液滴蒸發(fā) 45
4.3 液滴在高溫環(huán)境中的蒸發(fā)和燃燒 46
4.4 液滴蒸發(fā)和燃燒的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果 50
4.5 蒸發(fā)和燃燒的液滴周圍軸對稱二維流動(dòng)的解析解與三維流動(dòng)的數(shù)值模擬 53
4.5.1 有蒸發(fā)/燃燒液滴周圍軸對稱氣體流動(dòng)的“厚交換層”理論 53
4.5.2 有蒸發(fā)和燃燒的乙醇液滴周圍三維氣體流動(dòng)的數(shù)值模擬 57
4.6 液滴的著火和滅火 61
4.7 內(nèi)回流對液滴蒸發(fā)的作用 64
4.8 多組分液滴燃燒和微爆現(xiàn)象 65
4.9 液霧燃燒和液滴群燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 66
4.10 液霧火焰?zhèn)鞑ニ俣壤碚摲治?73
4.11 熱燃燒產(chǎn)物點(diǎn)燃冷液霧-空氣兩相流動(dòng) 74
參考文獻(xiàn) 79
第5章 固體燃料——碳和煤的燃燒理論 81
5.1 固體燃料的燃燒 81
5.2 煤的熱解揮發(fā) 82
5.3 固態(tài)碳異相反應(yīng) 83
5.4 碳的異相氧化反應(yīng)的基本方程 84
5.5 碳粒燃燒的單火焰面模型 85
5.6 碳粒燃燒的某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果 88
5.7 碳粒燃燒的雙火焰面模型 88
5.8 煤粒燃燒 90
5.9 煤粒和碳粒的著火及滅火 92
參考文獻(xiàn) 92
第6章 湍流燃燒經(jīng)典理論初步 93
6.1 背景 93
6.2 湍流射流擴(kuò)散燃燒 93
6.3 湍流預(yù)混火焰的Damkohler-Shelkin皺褶火焰面模型 95
6.4 湍流預(yù)混火焰的Summerfield-Shetsinkov容積燃燒模型 95
6.5 湍流火焰穩(wěn)定理論 96
參考文獻(xiàn) 98
第二篇 湍流兩相流燃燒的數(shù)值模擬
第7章 離散型多相/兩相流和湍流基本知識 101
7.1 離散型多相/兩相流的研究背景 101
7.2 多相湍流流動(dòng)的不同流型 102
7.3 顆粒群/液霧的若干基本性質(zhì) 102
7.3.1 顆粒/液滴尺寸及其分布律 102
7.3.2 表觀密度和體積分?jǐn)?shù) 103
7.3.3 顆粒/液滴阻力(曳力)和傳熱傳質(zhì) 104
7.4 顆粒動(dòng)力學(xué) 105
7.4.1 單顆粒運(yùn)動(dòng)方程 105
7.4.2 單顆粒在均勻流場中的運(yùn)動(dòng) 105
7.4.3 顆粒的重力沉降 106
7.4.4 非均勻流場中的顆粒受力 106
7.4.5 一般形式的顆粒運(yùn)動(dòng)方程 107
7.4.6 顆粒動(dòng)力學(xué)的近期研究 108
7.5 湍流的基本現(xiàn)象 108
7.6 湍流變量的雷諾展開和時(shí)間平均 109
7.7 湍流脈動(dòng)的概率密度分布函數(shù) 109
7.8 湍流的關(guān)聯(lián)量、長度尺度和時(shí)間尺度 111
參考文獻(xiàn) 112
第8章 湍流兩相流動(dòng)和燃燒的基本方程組 113
8.1 引言 113
8.2 兩相流動(dòng)系統(tǒng)的控制體 113
8.3 各相內(nèi)“細(xì)觀”守恒方程組 114
8.4 層流/瞬態(tài)兩相流動(dòng)體積平均守恒方程組 115
8.5 稀疏湍流兩相反應(yīng)流動(dòng)的雷諾時(shí)平均方程組 119
8.6 湍流兩相流動(dòng)的概率密度函數(shù)方程和統(tǒng)計(jì)平均方程組 121
8.7 兩相雷諾應(yīng)力和標(biāo)量輸運(yùn)方程組 124
參考文獻(xiàn) 127
第9章 單相湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬 129
9.1 引言 129
9.2 單相湍流動(dòng)能方程的封閉 130
9.3 k-ε雙方程模型 131
9.4 雷諾應(yīng)力輸運(yùn)方程的二階矩封閉 135
9.5 雷諾應(yīng)力和熱流輸運(yùn)方程模型 137
9.6 代數(shù)應(yīng)力和熱流模型——擴(kuò)展的k-ε模型 139
9.7 DSM和ASM的應(yīng)用及其與其他模型的比較 141
9.8 湍流流動(dòng)的大渦模擬 149
9.9 湍流流動(dòng)的直接數(shù)值模擬 153
參考文獻(xiàn) 155
第10章 湍流兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬 158
10.1 引言 158
10.2 顆粒湍流脈動(dòng)的Hinze-Tchen代數(shù)模型(Ap模型) 160
10.3 統(tǒng)一二階矩兩相湍流模型 161
10.4 k-ε-kp和k-ε-Ap兩相湍流模型 165
10.5 USM，k-ε-kp和k-ε-Ap兩相湍流模型的應(yīng)用和檢驗(yàn) 166
10.6 改進(jìn)的二階矩兩相湍流模型 177
10.7 質(zhì)量加權(quán)平均的二階矩兩相湍流模型 182
10.8 k-ε-PDF與DSM-PDF兩相湍流模型 189
10.9 顆粒湍流的Monte-Carlo模擬 198
10.10 兩相湍流的非線性k-ε-kp模型 203
10.11 稠密顆粒流動(dòng)的動(dòng)力論模型 208
10.12 稠密氣粒流動(dòng)的兩相湍流模型 211
10.13 兩相流動(dòng)的歐拉-拉格朗日(軌道)模擬 214
10.13.1 確定軌道模型的基本守恒方程組 214
10.13.2 顆粒湍流擴(kuò)散的修正 215
10.13.3 顆粒隨機(jī)軌道模型 216
10.13.4 稠密氣粒流動(dòng)的離散單元模擬 218
10.14 湍流兩相流動(dòng)的大渦模擬 219
10.14.1 引言 219
10.14.2 旋流氣粒流動(dòng)的E-L大渦模擬 221
10.14.3 氣泡-液體流動(dòng)的E-L大渦模擬 223
10.14.4 旋流氣粒流動(dòng)的雙流體大渦模擬 224
10.15 湍流兩相流動(dòng)的直接數(shù)值模擬 226
參考文獻(xiàn) 230
第11章 湍流燃燒的數(shù)值模擬 235
11.1 引言 235
11.2 湍流燃燒模型的基本問題 235
11.3 湍流燃燒的渦破碎/渦耗散模型 236
11.4 湍流燃燒的預(yù)設(shè)PDF模型 238
11.4.1 簡化PDF的概念 238
11.4.2 簡化PDF-局部瞬時(shí)不混合的快速反應(yīng)模型 240
11.4.3 簡化PDF-局部瞬時(shí)平衡的快速反應(yīng)模型 242
11.4.4 湍流反應(yīng)的簡化PDF-有限反應(yīng)率模型 245
11.5 湍流燃燒的PDF輸運(yùn)方程模型 249
11.6 湍流預(yù)混燃燒的Bray-Moss-Libby模型 253
11.7 湍流燃燒的條件矩封閉模型 253
11.8 湍流燃燒的層流小火焰模型 255
11.9 湍流燃燒的二階矩模型 256
11.9.1 只考慮濃度脈動(dòng)的二階矩模型 257
11.9.2 對溫度指數(shù)函數(shù)做級數(shù)展開近似的二階矩模型 258
11.9.3 兩種二階矩-PDF模型.260
11.9.4 終版的湍流燃燒的二階矩模型 262
11.10 湍流兩相燃燒的數(shù)值模擬 269
11.10.1 兩相燃燒的雙流體模型 269
11.10.2 湍流兩相燃燒的歐拉-拉氏模擬 272
11.11 湍流燃燒的大渦模擬 272
11.11.1 氣體湍流燃燒大渦模擬過濾的控制方程和封閉模型 272
11.11.2 各種氣體湍流燃燒的大渦模擬 274
11.11.3 乙醇-空氣液霧燃燒的大渦模擬 279
11.11.4 旋流煤粉燃燒的大渦模擬 281
11.12 湍流燃燒的直接數(shù)值模擬 288
參考文獻(xiàn) 292
第12章 湍流兩相流燃燒數(shù)值模擬的應(yīng)用 297
12.1 引言 297
12.2 大速差射流燃燒室內(nèi)兩相流動(dòng)和煤粉燃燒 297
12.3 旋流燃燒器中煤粉燃燒和氮氧化物生成 300
12.4 固排渣渦旋爐內(nèi)煤粉燃燒 302
12.5 固排渣噴騰旋風(fēng)爐內(nèi)兩相流動(dòng)和煤燃燒 304
12.6 電站煤粉爐內(nèi)兩相流動(dòng)和燃燒 308
12.7 液霧燃燒 320
12.8 結(jié)束語 332
參考文獻(xiàn) 332
名詞索引 335