检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：何頔北京交通大学

学位级别：博士

燃气轮机（燃机）技术水平是代表一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一。如何优化煤气化燃机发电厂、提高其燃烧效率、降低污染物排放,已经成为制约我国煤炭清洁高效梯级利用产业化应用的关键技术瓶颈之一。开展燃机循环的热力学... 详细信息

燃气轮机（燃机）技术水平是代表一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一。如何优化煤气化燃机发电厂、提高其燃烧效率、降低污染物排放,已经成为制约我国煤炭清洁高效梯级利用产业化应用的关键技术瓶颈之一。开展燃机循环的热力学分析与燃烧室湍流燃烧基础研究是必要的。首先,根据热力学理论探究了燃机透平入口温度（TIT）固定时的最佳运行条件,即压气机压力比的优化问题。基于简单内可逆/不可逆开式布雷敦循环的热力学分析表明,在保持恒定温度的两个热源之间运行的内可逆简单开式布雷敦循环系统的压气机应在最佳压力比（对应最大循环比功）下工作。在不可逆开式布雷敦循环中,带有回热器的系统应在压气机最佳压力比下运行,实现系统净功最大化,获得在固定TIT下的最佳性能。更高的TIT带来更大的功率、更高的热效率和?效率,以及更低的二氧化碳排放量。为了能源梯级利用,本文还构建了固体氧化物燃料电池与燃气轮机的联合循环（SOFC-GT）,根据最大化净功的设计原则,建议采用更高的TIT和最佳压力比以获得更好的总体性能。另外,运行在最佳压力比下的固体氧化物燃料电池-燃气轮机-蒸汽轮机（SOFC-GT-ST）联合循环可回收废气废热,进一步提高联合循环的性能。其次,为了提高燃机燃烧室燃料的燃烧效率,合理组织燃料与氧化剂的流动并对其中的湍流燃烧过程进行准确的数值模拟预测是可行方法之一。在湍流化学反应相互作用的众多工程应用模型中,涡流耗散概念（EDC:Eddy Dissipation Concept）模型因其理论基础来源于湍流涡耗散理论而成为目前应用最广泛的模型之一。本论文基于对能量级联模型（ECM:Energy Cascade Model）和EDC模型的全面分析,首次指出了必须对EDC模型的标准参数进行调整（修改）的理由、应遵守的基本准则和初步修正方法,明确了针对“高”雷诺数燃烧的EDC模型标准参数的准确值,分析了EDC常数对平均化学反应速率的影响规律。为了验证本文提出的EDC标准参数修正方法的有效性,本文选取了国际权威的具有完整详细实验数据的实验火焰进行对比,包括Sandia CHN-B合成气火焰、Sandia CDEF甲烷火焰、代尔夫特（Delft）以及阿德莱德（Adelaide）热伴流火焰。数值模拟结果与实验数据的全面对比表明,与标准常数相比,使用本文提出的EDC常数修正方法修正后的EDC常数预测的结果更加接近实验数据,火焰峰值温度降低了,修正方法具有通用性并具有一定的准确性。获得了常规非预混和部分预混燃烧火焰的轮廓,正确预测了DJHC-I MILD（Moderate or Intense Low-Oxygen Dilution）燃烧的火焰举升高度。提高了EDC模型用于非预混、部分预混和MILD燃烧火焰的预测精度。最后,使用验证过的EDC模型常数修正方法,针对一个重型燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟预测,研究了不同二次风射流轴向和径向倾斜角度对天然气燃烧过程的影响。结果表明,改变二次风射流角度对燃烧特性和NOx排放特性均有影响,而迎风倾斜45度和径向偏离15度的二次风射流组合方式时燃烧室内的燃烧效率、出口温度分布的均匀性及NOx排放特性总体效果良好。

关键词：燃气轮机循环比功能量级联模型涡耗散概念模型常数修正二次风射流角度

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煤气化数值模拟中湍流气相反应模型的比较研究

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煤炭学报 2016年第10期41卷 2520-2526页

作者：刘臻管清亮张建胜刘兵李文华清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 北京低碳清洁能源研究所北京102211

为获得煤气化炉数值模拟研究中常用湍流气相反应模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析比较了3种湍流气相反应模型计算的温度场、浓度场和碳转化率分布,并与实验数据进行比较。结果表明:湍流气相反应模型对气化炉火焰区温度场和浓度场... 详细信息

为获得煤气化炉数值模拟研究中常用湍流气相反应模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析比较了3种湍流气相反应模型计算的温度场、浓度场和碳转化率分布,并与实验数据进行比较。结果表明:湍流气相反应模型对气化炉火焰区温度场和浓度场计算影响较大,但是对气化炉后部影响较小;EDM模型对合成气组分的浓度分布预测误差较大;基于单混合分数的PDF模型对喷嘴出口附近的温度场和浓度场的预测结果不合理,但是对气化炉出口参数的预测较为准确;EDC模型预测结果良好,但是会高估火焰温度,进一步考虑基元反应和详细化学反应机理可以改善EDC模型对火焰温度的预测。

关键词：煤气化湍流化学反应作用涡耗散概念模型

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甲烷/空气预混火焰回火特性数值模拟

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推进技术 2015年第9期36卷 1347-1354页

作者：吴泽俊何小民葛佳伟洪亮薛冲南京航空航天大学能源与动力学院/江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016

为了获得有效的预测回火极限的数值模拟方法,对甲烷/空气预混火焰进行了数值模拟。采用不同的反应机理和燃烧模型,针对一个二维轴对称的本生灯,分别对甲烷/空气预混层流火焰和湍流火焰进行了数值模拟,预测了甲烷/空气预混火焰的回火特性... 详细信息

为了获得有效的预测回火极限的数值模拟方法,对甲烷/空气预混火焰进行了数值模拟。采用不同的反应机理和燃烧模型,针对一个二维轴对称的本生灯,分别对甲烷/空气预混层流火焰和湍流火焰进行了数值模拟,预测了甲烷/空气预混火焰的回火特性,并与Johnson的实验结果进行了对比。对层流火焰的模拟结果表明,采用Smooke-46反应机理能够较为准确地预测层流回火极限。而单步化学反应所预测的层流回火极限要比实验值低得多,这说明单步化学反应下的火焰更难以发生回火。对湍流火焰的模拟结果表明,涡耗散概念模型比有限速率模型更准确地预测了湍流回火极限。有限速率模型所预测的回火极限略高于实验值。

关键词：贫油预混预蒸发回火数值模拟层流有限速率模型涡耗散概念模型

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超音速火焰喷涂过程的CFD仿真计算

超音速火焰喷涂过程的CFD仿真计算

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作者：马佰庆天津大学

学位级别：硕士

超音速火焰喷涂技术以其超高的焰流速度和相对较低的温度,在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面显现出了明显优势,成为热喷涂领域中的一项重要工艺方法。超音速火焰喷涂过程是一个十分复杂的过程,它涉及到燃料的燃烧、湍流现象、可压... 详细信息

超音速火焰喷涂技术以其超高的焰流速度和相对较低的温度,在喷涂金属碳化物和金属合金等材料方面显现出了明显优势,成为热喷涂领域中的一项重要工艺方法。超音速火焰喷涂过程是一个十分复杂的过程,它涉及到燃料的燃烧、湍流现象、可压缩流动、气-固两相流动甚至是气-液-固三相流动以及亚音速／超音速之间的转变等许多物理化学过程。影响超音速火焰喷涂涂层质量的工艺参数众多,而且参数之间都彼此相互影响。借助数值模拟方法对超音速喷涂过程进行仿真,可以分析喷涂过程中的气体动力学和颗粒动力学,为提高涂层质量提供理论指导。本文以计算流体动力学软件Fluent为计算平台,采用Realizable k-ε湍流模型、离散相模型、单步反应机理的涡耗散模型以及8步反应机理的涡耗散概念模型,对以氧气为助燃气体,液体煤油为燃料,WC-17Co为喷涂粉末材料的JP-5000型的超音速火焰喷涂过程进行了仿真模拟。分析了在不同燃烧反应模型下气态流场中温度、速度、马赫数、压强以及各气体组分的变化规律。通过加入离散相模型,对WC-17Co粉末颗粒的飞行轨迹、颗粒速度和温度进行了研究,得出了燃烧模型、颗粒直径、颗粒形状与颗粒注入速度对颗粒飞行轨迹、颗粒速度和温度的影响规律。本文旨在为优化超音速火焰喷涂工艺参数提供一些理论指导。计算结果表明,燃烧模型会影响整个气体流场的分布,从而也就影响了喷涂颗粒在气体流场中的动力学行为。当氧气质量流量为0.022kg/s,液态煤油质量流量为0.007kg/s时,涡耗散模型(EDM)预测燃烧室内的最高温度为3250K,压强能达到9.65个大气压,经喷管加速后,焰流在喷枪出口处的速度为2260m/s左右;涡耗散概念模型(EDC)预测燃烧室内的最高温度为3280K,压强能达到6.56个大气压,经喷管加速后,焰流在喷枪出口处的速度为2550m/s左右。综合考虑颗粒直径对飞行轨迹、颗粒速度和温度的影响,较适合的颗粒直径范围为10-40μm。适宜的颗粒注入速度范围为10-15m/s,小直径的颗粒最优注入速度约为15m/s,大直径的颗粒最优注入速度约为10m/s。

关键词：超音速火焰喷涂涡耗散模型涡耗散概念模型计算流体动力学 Fluent

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气流床气化炉数值模拟中化学反应模型的对比

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化工管理 2015年第17期 78-78页

作者：杨晋芳于清航煤炭科学研究技术研究院有限公司节能工程技术研究分院北京100013

气流床气化的数值模拟及准确预测对工业生产有重要的指导意义。本文将两种化学反应模型,即有限速率/涡耗散模型与涡耗散概念模型,分别对气流床气化进行模拟分析,通过比较分析得出结论,涡耗散概念模型在模拟气流床气化上优于有限速率/涡... 详细信息

气流床气化的数值模拟及准确预测对工业生产有重要的指导意义。本文将两种化学反应模型,即有限速率/涡耗散模型与涡耗散概念模型,分别对气流床气化进行模拟分析,通过比较分析得出结论,涡耗散概念模型在模拟气流床气化上优于有限速率/涡耗散模型。

关键词：有限速率/涡耗散模型涡耗散概念模型气流床气化数值模拟

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多孔狭缝烧嘴特性及预混火焰特征的研究

多孔狭缝烧嘴特性及预混火焰特征的研究

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作者：王珂华东理工大学

学位级别：硕士

直接火焰加热技术是实现带钢快速热处理的核心技术之一,而该技术的关键部分就是加热用烧嘴。本课题以给定的狭缝烧嘴燃烧器作为研究对象,采用实验与模拟相结合的方法,对其生成的甲烷-空气预混火焰的特征与烧嘴特性进行分析研究。通过实... 详细信息

直接火焰加热技术是实现带钢快速热处理的核心技术之一,而该技术的关键部分就是加热用烧嘴。本课题以给定的狭缝烧嘴燃烧器作为研究对象,采用实验与模拟相结合的方法,对其生成的甲烷-空气预混火焰的特征与烧嘴特性进行分析研究。通过实验获得烧嘴工况实验数据,确定了烧嘴适宜的工作工况区间。数值模拟过程中,首先对比不同的反应模型,得出最佳模拟方案,之后对对象烧嘴建模,计算预混燃烧流场,并通过对比试验结果,得到烧嘴工作特性,为今后工业烧嘴的设计提供理论帮助与支持。研究发现,对于预混燃烧,决定火焰特征的主要因素为助燃气体的含量。随着助燃气流量增大,预混火焰供热能力上升；在工况范围内,燃气对火焰影响较小；火焰最佳加热段为距离烧嘴喷口15-20cm段反应完全区域。在数值计算方面,涡耗散概念模型(Eddy Dissipation Concept)较涡耗散模型(Eddy Dissipation)能够更好的反应预混火焰实际的变化情况,但与实验数据仍存在一定的误差。

关键词：烧嘴预混燃烧数值模拟涡耗散概念模型

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西门子多晶硅还原炉内化学气相沉积过程模拟研究

西门子多晶硅还原炉内化学气相沉积过程模拟研究

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中国工程院化工、冶金与材料工程学部第九届学术会议

作者：倪昊尹陈彩霞陆时杰钟真武江宏富华东理工大学煤气化及能源化工教育部重点实验室上海 200237 江苏中能硅业科技发展有限公司江苏徐州 221004

改良西门子法是制造高纯多晶硅材料的重要技术路线,其中的主要设备化学气相沉积(CVD)反应器内所发生的物理化学变化十分复杂.对于反应器内热流体的传递及其与表面气相化学反应的耦合机理,未解明的部分较多.本研究采用计算流体力学的方法... 详细信息

改良西门子法是制造高纯多晶硅材料的重要技术路线,其中的主要设备化学气相沉积(CVD)反应器内所发生的物理化学变化十分复杂.对于反应器内热流体的传递及其与表面气相化学反应的耦合机理,未解明的部分较多.本研究采用计算流体力学的方法,模拟炉内多组分反应流体的热质传递和化学反应过程,得到反应器内气体的速度,温度及浓度分布.采用较详细的表面反应机理,估算固体硅在硅棒表面的沉积速率,考察反应器内各种工艺条件对沉积速率的影响,为优化反应器结构,改善操作工艺提供理论依据. 用计算流体力学方法，求解还原炉内反应气体质量、动量和能量守恒方程和组分输运方程，分别采用简化概率密度函数(PDF)模型和涡耗散概念(EDC)模型，模拟湍流与反应的相互作用，模拟反应炉内流场、温度场和物质组分的三维分布。PDF模型忽视表面沉积反应，能够得到反应炉内平衡气体组分。其计算所需占用的资源较少，得到收敛解所需的计算时间较短，实际设计和工业运行中，可使用该方法进行定性分析。EDC模型计算精度高，能直观地模拟计算硅棒表面的沉积情况，可作为分量分析工具，考察硅棒表面生长情况，优化还原炉的工艺设计。

关键词：多晶硅还原炉化学气相沉积反应器计算流体力学概率密度函数模型涡耗散概念模型

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采用简化机理模拟乙烯在超声速气流中自点火燃烧过程

采用简化机理模拟乙烯在超声速气流中自点火燃烧过程

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第三届高超声速科技学术会议

作者：仲峰泉范学军俞刚张新宇中国科学院高超声速科技中心中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室

本文采用由CARM生成的11组分/7步反应简化机理对二维超声速气流中热乙烯横向喷射、自点火燃烧过程进行了非定常模拟。同时,计算采用了SSTk?ω湍流模型、涡耗散概念(EDC)燃烧模型以及ISAT积分算法等技术。数值研究了马赫数2.5、总温1800... 详细信息

本文采用由CARM生成的11组分/7步反应简化机理对二维超声速气流中热乙烯横向喷射、自点火燃烧过程进行了非定常模拟。同时,计算采用了SSTk?ω湍流模型、涡耗散概念(EDC)燃烧模型以及ISAT积分算法等技术。数值研究了马赫数2.5、总温1800K来流中,不同当量比条件下乙烯的自点火燃烧过程。研究发现:乙烯首先在凹腔内着火;在当量比较低时,燃烧主要发生在凹腔下游,并且燃烧区域为超声速;随着当量比的提高,由于释热量的增加,使得燃烧室内气流发生热雍塞,乙烯在亚声速气流中燃烧,燃烧效率显著提高,燃烧主要发生在凹腔区。另外,采用总包反应模型计算的结果表明由于模型过于简单,使得燃烧效率偏高、总温偏大,与简化机理给出的结果差别显著。

关键词：简化机理超声速燃烧数值模拟涡耗散概念模型自点火延迟时间

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亚燃冲压发动机燃烧室燃油浓度分布预测

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火箭推进 2008年第4期34卷 17-21页

作者：黄日鑫谭永华西安航天动力研究所陕西西安710100 航天推进技术研究院陕西西安710100

基于Fluent两相反应流场计算平台,采用涡耗散概念模型,对典型亚燃冲压发动机燃烧室的两相反应流场进行三维数值模拟计算。重点研究温度场影响下的燃油气相分布,计算给出气相燃油在火焰稳定装置前后以及内部的分布,得到燃油在亚燃冲压发... 详细信息

基于Fluent两相反应流场计算平台,采用涡耗散概念模型,对典型亚燃冲压发动机燃烧室的两相反应流场进行三维数值模拟计算。重点研究温度场影响下的燃油气相分布,计算给出气相燃油在火焰稳定装置前后以及内部的分布,得到燃油在亚燃冲压发动机燃烧室内分布的一般规律。计算发现,稳定装置内部及近后方燃油分布较富,到达火焰峰以后,燃油浓度急剧下降。计算预测径向蒸发管后壁面与最外环蒸发管内的燃油富集,而中间环蒸发管燃油分布较贫,计算结果与燃烧试验结果一致。

关键词：亚燃冲压发动机燃烧室燃油浓度涡耗散概念模型

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