北方交通大学：《湍流燃烧数值模拟的研究与进展》讲义

湍流燃烧数值模拟 的研究与进展 北方交通大学机电学院动力系 李国岫

湍流燃烧数值模拟 北方交通大学机电学院动力系 李 国 岫 的研究与进展

内容 基本概念与基本原理 二、湍流燃烧数值模拟研究状况 三、湍流燃烧模拟的主要模型 四、非预混湍流火焰的数值模拟 五、其他湍流火焰数值模拟的实例 六、湍流燃烧数值模拟的进展

一 、基本概念与基本原理 二、湍流燃烧数值模拟研究状况 三、湍流燃烧模拟的主要模型 四、非预混湍流火焰的数值模拟 五、其他湍流火焰数值模拟的实例 六、湍流燃烧数值模拟的进展 内容

、基本概念与基本原理 1、什么是湍流( turbulence) (1)现象:流体的运动状态可以分为层流和湍 流,当流动的特征雷诺数(Re 超过 相应的临界值,流动从层流转捩到湍流。 (2)定义:无

1、什么是湍流（turbulence） （1）现象：流体的运动状态可以分为层流和湍 流，当流动的特征雷诺数（ ）超过 相应的临界值，流动从层流转捩到湍流。 （2）定义：无 一 、基本概念与基本原理

、基本概念与基本原理 (3)基本特征 ☆大雷诺数下的流体运动 ◇湍流的涡团结构和小涡团的随机性 ◇有旋的和三维的 ◇极强的扩散性和耗散性 ◇是流动的属性,而非流体的属性 ◇大尺度问题具有拟序性( Coherence)和间歇性 (intermittence)

（3）基本特征 ❖ 大雷诺数下的流体运动 ❖ 湍流的涡团结构和小涡团的随机性 ❖ 有旋的和三维的 ❖ 极强的扩散性和耗散性 ❖ 是流动的属性，而非流体的属性 ❖ 大尺度问题具有拟序性（Coherence）和间歇性 （intermittence） 一 、基本概念与基本原理

、基本概念与基本原理 2、湍流燃烧( Turbulent Combustion) 又称为:湍流反应流( Turbulent reactive flows) (1)燃烧 种带剧烈放热化学反应的流动现象。 (2)湍流燃烧 种极其复杂的带剧烈放热化学反应的湍流 流动现象。 (湍流十化学反应+传热传质)

2、湍流燃烧（Turbulent Combustion） 又称为：湍流反应流（Turbulent Reactive Flows） （1）燃烧 一种带剧烈放热化学反应的流动现象。 （2）湍流燃烧 一种极其复杂的带剧烈放热化学反应的湍流 流动现象。 （湍流＋化学反应＋传热传质） 一 、基本概念与基本原理

、基本概念与基本原理 (a)特征: >强非线性 >高度耦合和关联 >高度随机性 (b)复杂性: 湍流问题 湍流与燃烧的相互作用( Interaction) 流动参数与化学动力学参数之间的耦合机理

（a）特征： ➢ 强非线性 ➢ 高度耦合和关联 ➢ 高度随机性 （b）复杂性： ➢ 湍流问题 ➢ 湍流与燃烧的相互作用（Interaction） ➢ 流动参数与化学动力学参数之间的耦合机理 一 、基本概念与基本原理

、基本概念与基本原理 3、湍流燃烧数值模拟( Numerical simulation) 应用计算机为工具,将流体力学、传热学、化学反应 动力学和数值计算方法相结合所得到的求解化学流体 力学基本方程的理论和方法。 流体力学十传热传质学+化学反应动力学 计算机+ 数值计算方法 湍流燃烧数值模拟

3、 湍流燃烧数值模拟（Numerical Simulation） 应用计算机为工具，将流体力学、传热学、化学反应 动力学和数值计算方法相结合所得到的求解化学流体 力学基本方程的理论和方法。 计算机 ＋ 流体力学＋传热传质学＋化学反应动力学 数值计算方法 湍流燃烧数值模拟 一 、基本概念与基本原理

、基本概念与基本原理 作用: (1)通过数值模拟,可以求出各种模型的数值解, 检验、发展和优化理论模型。 (2)深入认识现有湍流燃烧的特征,进一步揭示 其共性 (3)为工业装置的设计和优化提供理论分析依据

（1）通过数值模拟，可以求出各种模型的数值解， 检验、发展和优化理论模型。 （2）深入认识现有湍流燃烧的特征，进一步揭示 其共性。 （3）为工业装置的设计和优化提供理论分析依据。 作用： 一 、基本概念与基本原理

湍流烧模拟研究状况 1、基本思想 分别独立描述湍流流动和化学反应过程, 然后考虑湍流流动和化学反应的相互作用

二、湍流燃烧模拟研究状况 1、基本思想 分别独立描述湍流流动和化学反应过程， 然后考虑湍流流动和化学反应的相互作用

湍流烧模拟研究状况 2、问题描述 在描述流动的守恒方程组中的能量方程和 组分方程中,由于存在化学反应而产生的源项, 即称为化学反应源项。表示化学反应中能量的 释放速率和组分的生成(消耗)率,它是反应 物浓度和反应流体温度的强非线性函数。如何 准确计算化学反应速率便成为湍流燃烧数值模 拟的中心任务

在描述流动的守恒方程组中的能量方程和 组分方程中，由于存在化学反应而产生的源项， 即称为化学反应源项。表示化学反应中能量的 释放速率和组分的生成（消耗）率，它是反应 物浓度和反应流体温度的强非线性函数。如何 准确计算化学反应速率便成为湍流燃烧数值模 拟的中心任务。 2、问题描述 二、湍流燃烧模拟研究状况