旋流液霧蒸發和燃燒的高精度數值模擬及實驗研究

《旋流液霧蒸發和燃燒的高精度數值模擬及實驗研究》是依託浙江大學，由羅坤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：旋流液霧蒸發和燃燒的高精度數值模擬及實驗研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：羅坤
• 項目類別：面上項目

項目摘要

液霧蒸發和燃燒廣泛套用於能源動力、航空航天、化工冶金等關鍵工程領域。它是受湍流流動、傳熱傳質和化學反應控制的極其複雜的物理化學過程，存在著相內和相間的質量、動量和能量傳遞。為了探索液霧蒸發和燃燒過程的內在規律，並對其進行有效的控制和合理的運用，本項目提出採用高精度數值模擬方法和現代雷射測量技術對工程上廣泛套用的旋流液霧蒸發和燃燒進行系統的研究。擬以三維高精度格式的大渦模擬和直接數值模擬為主，實驗研究為輔，集中研究液霧蒸發和燃燒的若干關鍵基礎問題，包括液霧燃燒的火焰規律、液滴蒸發與湍流燃燒的相互作用、液滴的局部聚集效應對兩相燃燒的影響、氣態污染物NOx和煙塵顆粒Soot的生成以及內嵌邊界方法在液霧燃燒數值模擬中的套用等。基於直接數值模擬和實驗驗證，還擬提出新的大渦模擬兩相湍流燃燒模型，同時考慮液滴蒸發與湍流燃燒的相互作用、液滴的局部聚集對兩相燃燒的影響，以及預混燃燒和擴散燃燒並存的複雜情況。

結題摘要

液霧蒸發和燃燒廣泛套用於能源動力、航空航天、化工冶金等關鍵工程領域。它是受湍流流動、傳熱傳質和化學反應控制的極其複雜的物理化學過程，存在著相內和相間的質量、動量和能量傳遞。為了探索液霧蒸發和燃燒過程的內在規律，本項目發展了三維高精度格式的直接數值模擬以及質量守恆的Level Set方法，對液霧霧化、蒸發和燃燒的若干關鍵基礎問題進行了研究；揭示了液體霧化與湍流渦結構的相互作用規律以及液霧蒸發和燃燒的內在規律，包括液霧蒸發與燃燒的相互作用規律、選擇性聚集對兩相蒸發和燃燒的影響等；發現液霧燃燒中同時存在預混和擴散燃燒火焰，湍流有利於液滴蒸發，液滴的尺寸主要影響蒸發速率和液滴的壽命；驗證了標量耗散率、蒸發速率和反應速率的CMC燃燒亞模型；發現液霧蒸發會影響標量耗散率，甚至直接影響局部小火焰結構，在此基礎上提出了液霧蒸發和燃燒的小火焰模型和方程；為了能同時描述預混火焰和擴散火焰，項目還發展了新的兩相液霧蒸發和燃燒的大渦模擬方法，包括複合小火焰模型、動態全增厚燃燒模型以及二階矩湍流燃燒模型，並對實際工業套用中的航空發動機和燃氣輪機燃燒室燃燒進行了大渦模擬研究，獲得了更好的模擬結果。