《湍流燃烧模拟》课件.pptVIP

*******************湍流燃烧模拟湍流燃烧模拟是研究燃烧过程的重要工具。它能帮助我们理解燃烧过程中的物理和化学现象，并优化燃烧系统设计。课程背景能源需求随着全球能源需求的持续增长，燃烧技术在电力、交通和工业等领域扮演着至关重要的角色。燃烧效率燃烧效率的提高不仅能降低成本，还能减少有害排放，实现可持续发展。燃烧稳定性确保燃烧过程稳定可靠，防止爆燃或熄火现象，是燃烧技术的核心问题。课程目标理解湍流燃烧基本原理掌握湍流燃烧模拟方法和常用模型了解湍流燃烧数值模拟的基本步骤掌握湍流燃烧模拟软件操作提高学生解决实际工程问题的分析能力培养学生科学研究的创新能力湍流简介湍流是流体运动的一种复杂形态。流体内部存在着不规则的、无序的、混沌的运动，并伴随大量的涡旋。湍流广泛存在于自然界和工程应用中，例如河流、大气、海洋、燃烧、飞机飞行等。湍流特性随机性湍流运动无规律可循，无法用确定性方程描述。扩散性湍流能够加速物质和能量的输运。涡旋性湍流中存在着各种尺度的涡旋，不断相互作用。湍流模型分类雷诺平均方程模型(RANS)RANS模型假设湍流量的统计平均值是时间不变的，可以用于模拟稳定或准稳态流动。大涡模拟(LES)LES模型直接模拟大尺度涡，使用模型模拟小尺度涡，可以捕获湍流的更多细节。直接数值模拟(DNS)DNS模型直接求解Navier-Stokes方程，可以精确地模拟湍流，但计算量非常大。N-S方程组N-S方程组描述了流体运动的控制方程。它包含了质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。该方程组是描述流体运动的基础方程。它广泛应用于各种流体力学问题，包括湍流燃烧模拟。湍流模型简介11.简化湍流湍流模型是对复杂湍流运动进行简化的数学描述，将平均效应纳入考虑。22.预测湍流特性模型用于预测湍流流动中速度、压力、温度等参数的变化。33.计算效率相较于直接数值模拟(DNS)，湍流模型能够在有限的计算资源下得到近似解。44.广泛应用在工程领域，湍流模型被广泛应用于燃烧模拟、气流分析、热传递等问题。K-ε模型模型概述K-ε模型是一种半经验模型，用于模拟湍流流动。模型使用两个输运方程分别描述湍动能k和湍流耗散率ε。模型优点计算效率高，适用范围广，常用于工程应用。模型相对简单，易于实现，可用于各种湍流流动。模型局限性精度受限，无法准确描述复杂的湍流现象。模型对边界条件敏感，需要根据具体问题进行校正。K-ω模型模型优势K-ω模型对于边界层流动和分离流动有很好的预测能力，在近壁面区域具有更高的精度。模型应用K-ω模型常用于航空航天、涡轮机和燃烧模拟等领域，特别适用于分析和预测湍流边界层流动现象。模型局限K-ω模型在自由流区域精度相对较低，对于大尺度湍流的预测效果可能不如其他模型。SST模型结合K-ε和K-ωSST模型结合了K-ε和K-ω模型的优点，在近壁区使用K-ω模型，在远离壁面区域使用K-ε模型。壁面边界层精度该模型能更好地处理壁面边界层流动，预测精度更高，适用于各种湍流流动。广泛应用SST模型在航空航天、汽车、能源等领域得到广泛应用，是目前应用最为广泛的湍流模型之一。LES方法直接数值模拟该方法直接求解流体运动的控制方程，无需模型简化，精度高，但计算量巨大，仅适用于简单问题。大涡模拟直接模拟较大尺度的湍流涡，使用模型模拟较小尺度的涡，计算量比DNS小，但精度不如DNS。DNS方法11.高精度直接数值模拟(DNS)能够对湍流燃烧中所有尺度的流动和化学反应过程进行精确模拟。22.计算成本高由于需要解析所有尺度，DNS的计算量非常大，通常需要高性能超级计算机才能完成。33.复杂性高DNS方法的实现和数据处理非常复杂，需要专业人员进行操作。湍流燃烧基本理论火焰传播火焰在湍流中的传播受湍流的影响，火焰结构和燃烧速度会发生改变。混合控制湍流增强了燃料和氧化剂的混合，影响燃烧速率和火焰稳定性。化学反应湍流燃烧中，化学反应速率受湍流的影响，需要考虑湍流对反应的扩散和混合的影响。湍流燃烧模型分类化学反应速率模型考虑反应速率对湍流燃烧的影响，如基于有限速率化学反应的模型。火焰面模型假设火焰面以特定速度传播，并用湍流扩散系数来模拟火焰面的运动。概率密度函数模型使用概率密度函数描述湍流燃烧中不同反应物和产物的分布，并通过求解相应的输运方程来模拟湍流燃烧过程。混合定律模型混合定律混合定律模型假设火焰面上的湍流混合控制着燃烧速率。化学反应该模型考虑了化学反应速率的影响，但通常简化为单步反应。火焰面该模