噴霧蒸發(fā)與燃燒數(shù)值模擬與部分先驗(yàn)性的分析

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1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：編號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文噴霧蒸發(fā)與燃燒的數(shù)值模擬及部分先驗(yàn)性分析碩士研究生：葛坤指導(dǎo)教師：楊龍濱副教授學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：工程熱物理所在單位：動(dòng)力與能源工程學(xué)院論文提交日期：2013年1月論文答辯日期：2013年3月學(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericalSimulationonEvaporationandCombustionofSpraysandSomePrioriAnalysisCandidate:GeKunSupervisor:

2、AssociateProf.YangLongbinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:EngineeringThermophysicsDateofSubmission:Jan,2013DateofOralExamination:Mar,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)

3、容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部?jī)?nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的

4、論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽字）：導(dǎo)師（簽字）：日期：年月日年月日噴霧蒸發(fā)與燃燒的數(shù)值模擬及其部分先驗(yàn)性分析摘要噴霧的蒸發(fā)與燃燒有著廣泛的應(yīng)用背景，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)以及燃油鍋爐等動(dòng)力與能源設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，噴霧的蒸發(fā)與燃燒又是一類復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，具有湍流、兩相流動(dòng)以及燃燒過程所特有的所有問題，以及不同過程耦合所引入的新的問題。因此，對(duì)噴霧蒸發(fā)與燃燒現(xiàn)象的研究，既有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用

5、價(jià)值，又有很重要的科學(xué)意義。由于噴霧蒸發(fā)與燃燒現(xiàn)象的復(fù)雜性，現(xiàn)有的模型還存在諸多的問題。對(duì)噴霧蒸發(fā)與燃燒現(xiàn)象中各微觀過程進(jìn)行深入的分析，以對(duì)噴霧蒸發(fā)與燃燒模型中各子模型進(jìn)行擴(kuò)充與改進(jìn)，是提升現(xiàn)有模型預(yù)測(cè)性能的有效途徑之一。驗(yàn)證這些子模型的有效性、改進(jìn)子模型的精度、擴(kuò)充子模型的應(yīng)用范圍、建立新的子模型以考慮新的現(xiàn)象等工作統(tǒng)稱為噴霧蒸發(fā)與燃燒模型的先驗(yàn)性分析。本文針對(duì)噴霧蒸發(fā)與燃燒模型，主要做了三個(gè)方面的先驗(yàn)性分析。首先，利用PIV測(cè)量系統(tǒng)，研究了燃油燃燒器后的氣相旋流場(chǎng)，并與常用湍流模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析、比較與評(píng)價(jià)。其次，從基本控制方程入手，建立了高溫對(duì)流環(huán)境中單液滴瞬時(shí)蒸

6、發(fā)與燃燒模型，模型中考慮了液滴內(nèi)部環(huán)流、氣相邊界層流動(dòng)等詳細(xì)結(jié)構(gòu)，并利用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)模型進(jìn)行了求解，并利用計(jì)算的結(jié)果分析了常用噴霧模型中兩相間傳熱傳質(zhì)子模型。最后，利用商業(yè)CFD軟件Fluent，構(gòu)建并求解了高溫對(duì)流環(huán)境中不同布置方式時(shí)雙液滴的瞬態(tài)蒸發(fā)與燃燒模型，以此來(lái)研究稀疏噴霧中液滴之間的相互作用規(guī)律。研究結(jié)果表明：燃油燃燒器后的實(shí)際流場(chǎng)為復(fù)雜的三維瞬態(tài)湍流流動(dòng)，具有強(qiáng)烈的非穩(wěn)定性和隨機(jī)性；旋流射流的衰減沒想象的那么劇烈，后期的混合也比較強(qiáng)烈；流量不同對(duì)主流區(qū)的影響要強(qiáng)于對(duì)中心回流區(qū)的影響；四種湍流模型中，RNGk-?湍流模型具有最好的預(yù)測(cè)性能，且其對(duì)于流動(dòng)早期的預(yù)測(cè)

7、精度要強(qiáng)于流動(dòng)后期。液滴的蒸發(fā)和燃燒為一瞬態(tài)過程，火焰形態(tài)由尾部火焰逐漸發(fā)展為包覆火焰；在液滴生存期的大部分時(shí)2間內(nèi)，D定律基本適用；流場(chǎng)溫度越高，環(huán)境壓力越大，液滴越小，火焰發(fā)展越快，液滴生存期越短；常用CFD軟件中的兩相傳熱傳質(zhì)子模型中液滴零維假設(shè)以及過多傳熱傳質(zhì)經(jīng)驗(yàn)公式是制約模型的通用性與精確性，進(jìn)而影響模型預(yù)測(cè)能力的關(guān)鍵問題。雙液滴的瞬態(tài)燃燒過程與單液滴類似；2.0d為液滴間相互作用強(qiáng)烈與否的臨界距離；平行布置的雙液滴的相互影響強(qiáng)度大于數(shù)值布置的情形；通過引入液滴群模型，可以最大化的考慮液滴之間