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现代湍流燃烧模拟方法

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:大涡模拟是一种湍流反应流的细观模拟方法,可以揭示湍流对反应影响的细观结构,并且可以用于检验和改善统观的湍流燃烧模型。大涡模拟的基本思想是通过对N-S方程进行滤波,把湍流的大涡和小涡分开处理,对于大涡,通过N-S方程直接求解,对于小涡,可通过亚网格尺度模型,建立与大尺度涡旋的关系对其进行模拟。湍流燃烧中的亚网格燃烧模型一直是湍流燃烧LES 的主要困难。目前LES结果尚未达到能检验湍流燃烧模型的程度。

现代湍流燃烧模拟方法

大涡模拟是一种湍流反应流的细观模拟方法,可以揭示湍流对反应影响的细观结构,并且可以用于检验和改善统观的湍流燃烧模型。大涡模拟的基本思想是通过对N-S方程进行滤波,把湍流的大涡和小涡分开处理,对于大涡,通过N-S方程直接求解,对于小涡,可通过亚网格尺度模型,建立与大尺度涡旋的关系对其进行模拟。如果所采用的亚网格尺度模型合适,大涡模拟可得到精确度相当高的瞬态流场,而计算工作量比直接数值模拟的小得多。湍流流动的亚网格模型有:Smagofinsky模型、动力亚网格尺度模型、k方程亚网格尺度模型、动力双系数亚网格尺度模型、可压缩流动亚网格尺度模型等。但是由于Smagofinsky模型的形式简单,对许多流动都能给予较为准确的预测,而且综合考虑计算精度和计算代价时仍以该模型较优,因此该模型至今仍得到广泛的应用。湍流燃烧中的亚网格燃烧模型一直是湍流燃烧LES 的主要困难。目前已有的亚网格燃烧模型包括:动态相似亚网格模型、线性涡团模型(LEM)、大涡模拟概率密度函数(LEPDF)模型和G-方程小火焰模型等。动态相似亚网格模型的优点是形式简单,易于实现,缺点是不能区分湍流燃烧中小尺度结构的不同作用过程,只能用于“小尺度结构与可求解尺度结构的行为相似”这个假设成立的问题中。对LEPDF亚网格模型,对PDF 的假设是否正确至关重要,如果求解亚网格PDF 输运方程,计算量很大,难以解决复杂问题。LEM的重要特点是能够明确区分各种不同的物理过程。同时该模型给出了对小尺度结构的详细描述,这在其他亚网格模型中是没有的,但是求解比较困难。G-方程小火焰模型的计算工作量也很大,而且主要用于预混火焰,但是工程中扩散火焰较多。因此,研制合理而经济的亚网格反应模型对进一步发展和应用湍流反应的LES至关重要。目前LES结果尚未达到能检验湍流燃烧模型的程度。(www.xing528.com)

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