涡团耗散模型A值对模拟精度的影响

【摘要】由于湍流燃烧过程非常复杂,众多学者对湍流燃烧进行了多方面的研究。而湍流燃烧模型作为一种基本燃烧模拟工具,从其建立模型到模型验证以及后期运用于工程实践,都受到广泛的关注。建立燃烧模型需要考虑诸多因素,例如数值计算的可行性,模型的有效性,工程实用性和经济性等方面。燃烧模型不仅可以提高人们对燃烧机理的认识,并且可激发新的建模思想,进一步优化燃烧模型。在传统湍流火焰的CFD模拟仿真中,涡团耗散模型(EddyDissipationModel,EDM模型)因为其假设合理,而得到广泛运用。EDM模型的反应速率取决于湍流脉动衰变速率ε/k,并且能自动选择成分控制速率,因此该模型不仅能用于非预混火焰,也能用于预混火焰。对于涡团耗散EDM模型,具有两个反应常数值A和B,其中常数B用于预混火焰；对于非预混火焰只使用常数A。在大多数应用中反应常数A都采用默认值为4的经验系数进行计算。本文通过数值模拟湍流非预混射流火焰、湍流非预混对冲火焰、湍流非预混钝体火焰、湍流非预混旋流火焰这四种不同类型的湍流非预混火焰共19组算例,发现涡团耗散EDM模型采用默认A值4的计算结果和实验值差别较大。通过调节A值可得到吻合实验数据的最优A值,最优A值变化范围在0.3～25之间,最优A值明显依赖于燃料、化学反应设置、和燃烧区的湍流雷诺数。通过对计算结果的分析,拟合出了选取最优A值的关联式,同时也给出了一种通用的涡团耗散改进模型。并且再次通过上述四种湍流非预混火焰验证了改进后的涡团耗散模型计算精度。发现其计算结果较于传统的EDM模型默认经验系数A为4有了显著提高。
【作者】汪延鹏；
【导师】王培勇；
【作者基本信息】厦门大学，航空宇航制造工程，2014，硕士
【关键词】涡团耗散燃烧模型；湍流扩散火焰；湍流雷诺数；涡团耗散改进模型；

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