Численное моделирование воздействия тонкораспыленной воды на турбулентное диффузионное пламя

• Автор: Шумихин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список основных обозначений
Введение
Глава 1 Математическая постановка задачи
1.1 Анализ состояния исследований в области моделирования гидродинамики турбулентных течений реагирующих газов
1.2 Математическая модель газовой фазы
1.3 Математическая модель дисперсной фазы
1.4 Модель турбулентного горения
1.5 Модель испарения водного компонента
Глава 2 Вычислительный алгоритм расчета турбулентных течений реагирующего газа
2.1 Метод дискретизации уравнений по пространству
2.2 Метод дискретизации уравнений по времени
Глава 3 Исследования закономерностей турбулентных реагирующих течений
3.1 Моделирование турбулентного течения в канале.
Тестовые расчеты
3.2 Моделирование турбулентного диффузионного пламени.
Тестовые расчеты
3.3 Моделирование диффузионного пламени при различных режимах течения
3.4 Моделирование срыва турбулентного диффузионного
пламени

Глава 4 Моделирование турбулентного диффузионного пламени с учетом воздействия на него тонкораспыленной воды
4.1 Граничные и начальные условия
4.2 Результаты расчетов
Заключение
Список литературы

Список основных обозначений
с - массовая концентрация;
Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении;
Е - энергия активации; g- вектор ускорения свободного падения; к - энтальпия; р - давление;
Рг - число Прандтля;
Я - удельная газовая постоянная;
Кип ' универсальная газовая постоянная;
Яе - число Рейнольдса;
5 - тензор скоростей деформаций;
8с - число Шмидта;
? - время;
Т - температура;
и1 - компоненты вектора скорости;
м> - скорость химической реакции;
х1 - декартовы координаты;
д/г - удельная теплота химической реакции;
■ удельная теплота испарения воды.
Греческие символы
а - объемная концентрация;
е - скорость диссипации кинетической энергии турбулентности; к - удельная кинетическая энергия турбулентности;
// - динамическая вязкость;
/I - подсеточная вихревая вязкость;

нормализованная переменная Z , называемая параметром смешения, определяющая соотношение в потоке горючего и окислителя. Данный параметр изменяется в диапазоне от 0 до 1 [29]. Таким образом, для описания процесса диффузионного ламинарного горения в рамках данной модели, достаточно определения параметра смешения Z.
В случае турбулентного диффузионного горения с бесконечно быстрыми скоростями реакций, так же как и в модели Бурке-Шумана зона реакции в какой-то конкретный момент времени тоже является бесконечно тонкой. Отличие состоит в том, что положение фронта пламени в турбулентном потоке по времени изменяется случайным образом под влиянием турбулентных пульсаций, поэтому распределение параметра смешения Z носит вероятностный характер. Для определения концентраций компонентов в этом случае недостаточно вычислить осредненное по Фавру значение Z, так как зависимость величин концентраций от Z нелинейная. Необходимо также определить функцию плотности вероятности (Probability Density Function, PDF), зависящую от величины параметра смешения, координат и времени P(Z;x,t).
При конечных скоростях реакций, для потоков со значением числа Дамкёллера Da~» 1 , зона реакции уже не является бесконечно тонкой, однако её толщина меньше масштаба Колмогорова, поэтому течение в окрестности фронта горения будет ламинарным. Данное утверждение обосновывается тем, что ширина зоны реакций имеет размер меньший, чем размер турбулентных вихрей наименьших микромасштабов. Таким образом, структуру зоны реакции турбулентного пламени можно представить как совокупность локальных ламинарных диффузионных пламён, которые называют флеймлетами (flamelet). Данный подход положен в основу учитывающей конечную скорость химических реакций флеймлет-модели, описанной в работах [17, 69, 70, 71].
Необходимо отметить, что независимо от числа химических соединений, по которым производятся расчёты, только два уравнения