多孔介質(zhì)燃燒理論與模擬

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 多孔介質(zhì)的性質(zhì) 1
1.2 多孔介質(zhì)的基本參數(shù) 3
1.2.1 孔隙率 3
1.2.2 比表面積 5
1.2.3 迂曲度 5
1.2.4 孔隙尺寸/孔徑 6
1.2.5 滲透率 6
1.2.6 水力傳導(dǎo)系數(shù) 9
1.2.7 飽和度 9
1.3 多孔介質(zhì)燃燒概述 9
1.3.1 作為燃燒場(chǎng)的多孔介質(zhì) 10
1.3.2 多孔介質(zhì)燃燒的特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì) 11
1.3.3 多孔介質(zhì)燃燒的非平衡特性 17
1.3.4 多孔介質(zhì)燃燒的多尺度特性及多尺度方法 18
參考文獻(xiàn) 21
第2章 多孔介質(zhì)中輸運(yùn)和燃燒的理論及數(shù)值方法基礎(chǔ) 23
2.1 體積平均法 23
2.1.1 體積平均假設(shè)及表征體元 23
2.1.2 體積平均化的基本理論 26
2.2 化學(xué)反應(yīng)流的通用控制方程組 29
2.3 惰性多孔介質(zhì)中氣體反應(yīng)流的控制方程 29
2.3.1 連續(xù)方程 29
2.3.2 組分方程 30
2.3.3 動(dòng)量方程 30
2.3.4 能量方程 31
2.4 控制方程中源項(xiàng)的計(jì)算方法 33
2.4.1 動(dòng)量方程的源項(xiàng) 33
2.4.2 能量方程的源項(xiàng) 39
參考文獻(xiàn) 49
第3章 多孔介質(zhì)中湍流流動(dòng)與燃燒模型 53
3.1 概述 53
3.1.1 多孔介質(zhì)中的流動(dòng)狀態(tài) 53
3.1.2 多孔介質(zhì)流動(dòng)的湍流模型 57
3.2 時(shí)間-空間雙分解法 59
3.3 幾種主要的多孔介質(zhì)湍流模型 62
3.3.1 P-dL模型 62
3.3.2 N-K模型 66
3.3.3 A-L模型 68
3.3.4 J-K模型 70
3.4 多孔介質(zhì)的湍流燃燒模型 73
3.4.1 多孔介質(zhì)反應(yīng)流常用湍流燃燒模型 73
3.4.2 基于雙分解法的湍流燃燒模型 80
參考文獻(xiàn) 83
第4章 多孔介質(zhì)中的動(dòng)量、熱量與質(zhì)量彌散 86
4.1 彌散的基礎(chǔ)知識(shí) 86
4.1.1 彌散的概念 86
4.1.2 質(zhì)量彌散 92
4.1.3 熱彌散 96
4.2 大孔隙率多孔介質(zhì)內(nèi)質(zhì)量彌散的數(shù)值研究 101
4.2.1 多孔介質(zhì)模型 101
4.2.2 層流流動(dòng)的宏觀組分輸運(yùn)方程 102
4.2.3 湍流流動(dòng)的宏觀組分輸運(yùn)方程 103
4.2.4 彌散系數(shù)的求解 104
4.2.5 結(jié)果與討論 106
4.2.6 小結(jié) 113
4.3 大孔隙率多孔介質(zhì)內(nèi)熱彌散特性 114
4.3.1 熱彌散邊值問題求解法的基本理論 115
4.3.2 幾何模型及求解 117
4.3.3 結(jié)果與討論 119
參考文獻(xiàn) 124
第5章 多孔介質(zhì)中氣體燃料預(yù)混合燃燒 127
5.1 多孔介質(zhì)燃燒分類 127
5.2 低速過濾燃燒 128
5.2.1 低速過濾燃燒的實(shí)驗(yàn)研究 128
5.2.2 低速過濾燃燒的理論分析 134
5.3 往復(fù)流動(dòng)下的超絕熱燃燒 138
5.3.1 往復(fù)流動(dòng)下超絕熱燃燒的實(shí)驗(yàn)研究 138
5.3.2 往復(fù)流動(dòng)下超絕熱燃燒的數(shù)值研究 144
5.3.3 往復(fù)流多孔介質(zhì)燃燒器結(jié)構(gòu)改進(jìn)的數(shù)值研究 148
5.3.4 往復(fù)流動(dòng)下超絕熱燃燒的理論分析 153
參考文獻(xiàn) 163
第6章 多孔介質(zhì)中氣體燃料擴(kuò)散燃燒 168
6.1 多孔介質(zhì)擴(kuò)散燃燒特點(diǎn) 168
6.2 多孔介質(zhì)擴(kuò)散燃燒的實(shí)驗(yàn)研究 168
6.2.1 火焰結(jié)構(gòu)與形態(tài) 168
6.2.2 填充床高度對(duì)污染物CO和NOx排放的影響 175
6.3 多孔介質(zhì)擴(kuò)散燃燒的數(shù)值研究 177
6.3.1 物理與數(shù)學(xué)模型 178
6.3.2 結(jié)果與討論 179
參考文獻(xiàn) 183
第7章 多孔介質(zhì)燃燒非穩(wěn)定性 185
7.1 概述 185
7.2 火焰鋒面傾斜的實(shí)驗(yàn)研究 186
7.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 186
7.2.2 火焰面非穩(wěn)定現(xiàn)象的描述 188
7.2.3 燃燒尾氣 192
7.3 火焰鋒面傾斜的數(shù)值研究 193
7.3.1 物理模型與數(shù)學(xué)模型 193
7.3.2 火焰面傾斜現(xiàn)象描述 193
7.3.3 火焰面傾斜的影響因素 196
7.4 熱斑非穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)研究 199
7.4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 200
7.4.2 穩(wěn)定的超絕熱燃燒波 201
7.4.3 火焰面變形非穩(wěn)定性傳播 202
7.4.4 熱斑非穩(wěn)定性 203
7.4.5 孔隙率對(duì)熱斑特性的影響 206
7.4.6 熱斑不穩(wěn)定性對(duì)燃燒波傳播速度的影響 207
參考文獻(xiàn) 209
第8章 多孔介質(zhì)中液體燃料的燃燒 211
8.1 多孔介質(zhì)中液體噴霧預(yù)蒸發(fā)過濾燃燒的實(shí)驗(yàn)研究 211
8.1.1 多孔介質(zhì)中液體噴霧燃燒的實(shí)驗(yàn)裝置 211
8.1.2 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 216
8.1.3 多孔介質(zhì)內(nèi)液體噴霧燃燒的火焰特性 217
8.1.4 液體噴霧預(yù)蒸發(fā)過濾燃燒的燃燒特性 220
8.1.5 小結(jié) 224
8.2 多孔介質(zhì)中液體噴霧燃燒的數(shù)值模擬 225
8.2.1 數(shù)學(xué)模型 225
8.2.2 物理模型 227
8.2.3 結(jié)果與討論 227
8.2.4 小結(jié) 233
8.3 多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)研究 234
8.3.1 多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)概述 234
8.3.2 多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)學(xué)分析 236
8.3.3 開式多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)零維單區(qū)模型 245
8.3.4 小結(jié) 248
參考文獻(xiàn) 248
第9章 多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的幾何模型 250
9.1 固體小單元陣列模型 250
9.2 自然填充堆積模型 253
9.3 簡(jiǎn)化的理論模型 256
9.3.1 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型 256
9.3.2 隨機(jī)生長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)模型 258
9.3.3 基于單元體組合的模型 261
9.4 計(jì)算機(jī)重構(gòu)的隨機(jī)模型 264
9.4.1 基于實(shí)驗(yàn)的重構(gòu)方法 265
9.4.2 數(shù)值重構(gòu)方法 268
參考文獻(xiàn) 274
第10章 多孔介質(zhì)燃燒的孔隙尺度模擬 278
10.1 概述 278
10.2 基于孔隙尺度的多孔介質(zhì)內(nèi)預(yù)混燃燒的大渦模擬研究 279
10.2.1 數(shù)值模型與計(jì)算方法 280
10.2.2 計(jì)算網(wǎng)格生成 283
10.2.3 結(jié)果與討論 284
10.2.4 多孔介質(zhì)中的著火過程大渦模擬計(jì)算 293
10.3 湍流過濾預(yù)混火焰特性及特征尺度的影響 295
10.3.1 數(shù)值模型和計(jì)算方法 296
10.3.2 結(jié)果與討論 297
參考文獻(xiàn) 304