多孔介質燃燒理論與模擬

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 多孔介質的性質 1
1.2 多孔介質的基本參數 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 水力傳導系數 9
1.2.7 飽和度 9
1.3 多孔介質燃燒概述 9
1.3.1 作為燃燒場的多孔介質 10
1.3.2 多孔介質燃燒的特點及其優(yōu)勢 11
1.3.3 多孔介質燃燒的非平衡特性 17
1.3.4 多孔介質燃燒的多尺度特性及多尺度方法 18
參考文獻 21
第2章 多孔介質中輸運和燃燒的理論及數值方法基礎 23
2.1 體積平均法 23
2.1.1 體積平均假設及表征體元 23
2.1.2 體積平均化的基本理論 26
2.2 化學反應流的通用控制方程組 29
2.3 惰性多孔介質中氣體反應流的控制方程 29
2.3.1 連續(xù)方程 29
2.3.2 組分方程 30
2.3.3 動量方程 30
2.3.4 能量方程 31
2.4 控制方程中源項的計算方法 33
2.4.1 動量方程的源項 33
2.4.2 能量方程的源項 39
參考文獻 49
第3章 多孔介質中湍流流動與燃燒模型 53
3.1 概述 53
3.1.1 多孔介質中的流動狀態(tài) 53
3.1.2 多孔介質流動的湍流模型 57
3.2 時間-空間雙分解法 59
3.3 幾種主要的多孔介質湍流模型 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 多孔介質的湍流燃燒模型 73
3.4.1 多孔介質反應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 83
第4章 多孔介質中的動量、熱量與質量彌散 86
4.1 彌散的基礎知識 86
4.1.1 彌散的概念 86
4.1.2 質量彌散 92
4.1.3 熱彌散 96
4.2 大孔隙率多孔介質內質量彌散的數值研究 101
4.2.1 多孔介質模型 101
4.2.2 層流流動的宏觀組分輸運方程 102
4.2.3 湍流流動的宏觀組分輸運方程 103
4.2.4 彌散系數的求解 104
4.2.5 結果與討論 106
4.2.6 小結 113
4.3 大孔隙率多孔介質內熱彌散特性 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 結果與討論 119
參考文獻 124
第5章 多孔介質中氣體燃料預混合燃燒 127
5.1 多孔介質燃燒分類 127
5.2 低速過濾燃燒 128
5.2.1 低速過濾燃燒的實驗研究 128
5.2.2 低速過濾燃燒的理論分析 134
5.3 往復流動下的超絕熱燃燒 138
5.3.1 往復流動下超絕熱燃燒的實驗研究 138
5.3.2 往復流動下超絕熱燃燒的數值研究 144
5.3.3 往復流多孔介質燃燒器結構改進的數值研究 148
5.3.4 往復流動下超絕熱燃燒的理論分析 153
參考文獻 163
第6章 多孔介質中氣體燃料擴散燃燒 168
6.1 多孔介質擴散燃燒特點 168
6.2 多孔介質擴散燃燒的實驗研究 168
6.2.1 火焰結構與形態(tài) 168
6.2.2 填充床高度對污染物CO和NOx排放的影響 175
6.3 多孔介質擴散燃燒的數值研究 177
6.3.1 物理與數學模型 178
6.3.2 結果與討論 179
參考文獻 183
第7章 多孔介質燃燒非穩(wěn)定性 185
7.1 概述 185
7.2 火焰鋒面傾斜的實驗研究 186
7.2.1 實驗裝置 186
7.2.2 火焰面非穩(wěn)定現象的描述 188
7.2.3 燃燒尾氣 192
7.3 火焰鋒面傾斜的數值研究 193
7.3.1 物理模型與數學模型 193
7.3.2 火焰面傾斜現象描述 193
7.3.3 火焰面傾斜的影響因素 196
7.4 熱斑非穩(wěn)定的實驗研究 199
7.4.1 實驗系統(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 孔隙率對熱斑特性的影響 206
7.4.6 熱斑不穩(wěn)定性對燃燒波傳播速度的影響 207
參考文獻 209
第8章 多孔介質中液體燃料的燃燒 211
8.1 多孔介質中液體噴霧預蒸發(fā)過濾燃燒的實驗研究 211
8.1.1 多孔介質中液體噴霧燃燒的實驗裝置 211
8.1.2 實驗方法和步驟 216
8.1.3 多孔介質內液體噴霧燃燒的火焰特性 217
8.1.4 液體噴霧預蒸發(fā)過濾燃燒的燃燒特性 220
8.1.5 小結 224
8.2 多孔介質中液體噴霧燃燒的數值模擬 225
8.2.1 數學模型 225
8.2.2 物理模型 227
8.2.3 結果與討論 227
8.2.4 小結 233
8.3 多孔介質發(fā)動機的基礎研究 234
8.3.1 多孔介質發(fā)動機概述 234
8.3.2 多孔介質發(fā)動機的熱力循環(huán)學分析 236
8.3.3 開式多孔介質發(fā)動機零維單區(qū)模型 245
8.3.4 小結 248
參考文獻 248
第9章 多孔介質結構的幾何模型 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 簡化的理論模型 256
9.3.1 孔隙網絡模型 256
9.3.2 隨機生長型結構模型 258
9.3.3 基于單元體組合的模型 261
9.4 計算機重構的隨機模型 264
9.4.1 基于實驗的重構方法 265
9.4.2 數值重構方法 268
參考文獻 274
第10章 多孔介質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內預混燃燒的大渦模擬研究 279
10.2.1 數值模型與計算方法 280
10.2.2 計算網格生成 283
10.2.3 結果與討論 284
10.2.4 多孔介質中的著火過程大渦模擬計算 293
10.3 湍流過濾預混火焰特性及特征尺度的影響 295
10.3.1 數值模型和計算方法 296
10.3.2 結果與討論 297
參考文獻 304