文档介绍：大连理工大学
博士学位论文
大孔隙率多孔介质内湍流流动和质量弥散的数值研究
姓名:东明
申请学位级别:博士
专业:动力机械及工程
指导教师:解茂昭
20090601
摘要随着人类迈入世纪,资源和环境的问题愈加突出。基于气体或液体燃料在大孔隙率多孔介质中燃烧的过滤燃烧技术在高效、节能和净化诸方面都显示出诱人的前景,加之多孔介质材料和技术的进展,而日益引起人们的研究兴趣,并已在工程实际中获得越来越多的应用。本文以多孔介质燃烧器和多孔介质发动机为研究背景,通过数值模拟研究了大孔隙率多孔介质内湍流流动与组分输运过程,主要目的是更系统深入地理解多孔介质内湍流流动和混合气的形成过程的特点及规律,并进一步推动该领域的理论研究及其实际应用。本文主要在下列几方面进行了研究与探索:⒃谥诙嗟亩嗫捉橹释牧髂P椭校跃哂写硇缘娜帜P徒辛私先娴慕樯与分析,并针对内部置入多孔介质的长方形管道内的湍流流场,利用主要的两种宏观湍流模型进行了数值研究。与实验结果进行比较和分析后发现,牧髂P投酝牧鞯囊制作用略大一些。⑽A松钊胙芯看罂紫堵识嗫捉橹誓诘耐牧魈匦远远嗫捉橹誓谑湓撕腿忌展痰重要影响,建立了多孔介质的一种二维孔隙网络模型。此模型由一系列的圆形孔隙体和长方形喉道互相连接而成。使用标准七一P湍D饪紫锻缒诘奈⒐哿鞒。锰寤均方法将微观流场计算结果转换为宏观流场的信息,从而确定了宏观湍流模型中修正项系数的值。与相关文献比较和分析显示吻合良好。⑽?疾炱啄诩尤攵嗫捉橹市钊忍搴蠖匀忌帐夷谕牧髁鞒〖盎旌掀纬傻挠跋欤对模拟内燃机气缸的一个圆柱状多孔介质燃烧室进行了数值研究。建立了四种多孔介质简化结构模型,详细研究了多孔介质内湍流流动和喷雾油束与多孔介质的相互作用,对能量方程和油滴碰壁模型进行了修正。着重分析了多孔介质结构、多孔介质孔隙率、喷射压力和喷雾锥角对燃烧室内湍流流场、混合气形成和均匀化过程的影响。研究表明多孔介质结构和孔隙率对多孔介质内湍流流动的影响很大,从而影响整个区域的湍流流场。喷雾锥角的大小直接影响到自由流体区域湍动能水平和喷雾油束与多孔介质相互作用过程,以及多孔介质内湍动能水平和流场。而喷射压力对喷雾油束与多孔介质相互作用和湍流流场的影响,主要是通过改变油滴运动速度而得以实现。喷射压力增大,油滴运动速度得以增加,湍能水平也相应增加。油蒸汽的分布更加均匀、更加广阔。⒋罂紫堵识嗫捉橹誓诹鞫腿忌瘴侍獾囊淮竽训闶峭贝嬖谑奔渖系耐牧髀龆和空间上的扰动即弥散。弥散是由于介质中数量巨大而形状又极不规则的微孔对流体流大连理工大学博士学位论文’
动产生强烈扰动而引起的一种输运现象。利用由圆柱形单元的周期性阵列作为多孔介质结构简化模型,对甲烷和空气在多孔介质中扩散过程进行了数值研究,利用微观流场的计算结果和体积平均方法求出了甲烷在多孔介质内的纵向质量和横向质量弥散系数,并与相关实验数据和理论公式进行了比较和分析。对总的质量扩散率的各分量,即分子扩散、湍流扩散、时均流弥散和湍流弥散的相对重要性做了评价,为深入研究多孔介质中的弥散效应和湍流扩散效应,提供了一种可借鉴的模拟方法。关键词:多孔介质;大孔隙率;湍流;质量弥散;数值研究大孔隙率多孔介质内湍流流动和质量弥散的数值研究
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嘲:—.￡月—生日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定,在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学,允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。.作者签名:日期:导师签名:大连理工大学博士学位论文
研究背景随着人类迈入世纪,资源和环境的问题愈加突出。一方面存在着效率低,污染环境,浪费严重等问题,另一方面大量的低品位能源未被开发