多孔介质燃烧理论与模拟

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 多孔介质的性质 1
1.2 多孔介质的基本参数 3
1.2.1 孔隙率 3
1.2.2 比表面积 5
1.2.3 迂曲度 5
1.2.4 孔隙尺寸/孔径 6
1.2.5 渗透率 6
1.2.6 水力传导系数 9
1.2.7 饱和度 9
1.3 多孔介质燃烧概述 9
1.3.1 作为燃烧场的多孔介质 10
1.3.2 多孔介质燃烧的特点及其优势 11
1.3.3 多孔介质燃烧的非平衡特性 17
1.3.4 多孔介质燃烧的多尺度特性及多尺度方法 18
参考文献 21
第2章 多孔介质中输运和燃烧的理论及数值方法基础 23
2.1 体积平均法 23
2.1.1 体积平均假设及表征体元 23
2.1.2 体积平均化的基本理论 26
2.2 化学反应流的通用控制方程组 29
2.3 惰性多孔介质中气体反应流的控制方程 29
2.3.1 连续方程 29
2.3.2 组分方程 30
2.3.3 动量方程 30
2.3.4 能量方程 31
2.4 控制方程中源项的计算方法 33
2.4.1 动量方程的源项 33
2.4.2 能量方程的源项 39
参考文献 49
第3章 多孔介质中湍流流动与燃烧模型 53
3.1 概述 53
3.1.1 多孔介质中的流动状态 53
3.1.2 多孔介质流动的湍流模型 57
3.2 时间-空间双分解法 59
3.3 几种主要的多孔介质湍流模型 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 多孔介质的湍流燃烧模型 73
3.4.1 多孔介质反应流常用湍流燃烧模型 73
3.4.2 基于双分解法的湍流燃烧模型 80
参考文献 83
第4章 多孔介质中的动量、热量与质量弥散 86
4.1 弥散的基础知识 86
4.1.1 弥散的概念 86
4.1.2 质量弥散 92
4.1.3 热弥散 96
4.2 大孔隙率多孔介质内质量弥散的数值研究 101
4.2.1 多孔介质模型 101
4.2.2 层流流动的宏观组分输运方程 102
4.2.3 湍流流动的宏观组分输运方程 103
4.2.4 弥散系数的求解 104
4.2.5 结果与讨论 106
4.2.6 小结 113
4.3 大孔隙率多孔介质内热弥散特性 114
4.3.1 热弥散边值问题求解法的基本理论 115
4.3.2 几何模型及求解 117
4.3.3 结果与讨论 119
参考文献 124
第5章 多孔介质中气体燃料预混合燃烧 127
5.1 多孔介质燃烧分类 127
5.2 低速过滤燃烧 128
5.2.1 低速过滤燃烧的实验研究 128
5.2.2 低速过滤燃烧的理论分析 134
5.3 往复流动下的超绝热燃烧 138
5.3.1 往复流动下超绝热燃烧的实验研究 138
5.3.2 往复流动下超绝热燃烧的数值研究 144
5.3.3 往复流多孔介质燃烧器结构改进的数值研究 148
5.3.4 往复流动下超绝热燃烧的理论分析 153
参考文献 163
第6章 多孔介质中气体燃料扩散燃烧 168
6.1 多孔介质扩散燃烧特点 168
6.2 多孔介质扩散燃烧的实验研究 168
6.2.1 火焰结构与形态 168
6.2.2 填充床高度对污染物CO和NOx排放的影响 175
6.3 多孔介质扩散燃烧的数值研究 177
6.3.1 物理与数学模型 178
6.3.2 结果与讨论 179
参考文献 183
第7章 多孔介质燃烧非稳定性 185
7.1 概述 185
7.2 火焰锋面倾斜的实验研究 186
7.2.1 实验装置 186
7.2.2 火焰面非稳定现象的描述 188
7.2.3 燃烧尾气 192
7.3 火焰锋面倾斜的数值研究 193
7.3.1 物理模型与数学模型 193
7.3.2 火焰面倾斜现象描述 193
7.3.3 火焰面倾斜的影响因素 196
7.4 热斑非稳定的实验研究 199
7.4.1 实验系统 200
7.4.2 稳定的超绝热燃烧波 201
7.4.3 火焰面变形非稳定性传播 202
7.4.4 热斑非稳定性 203
7.4.5 孔隙率对热斑特性的影响 206
7.4.6 热斑不稳定性对燃烧波传播速度的影响 207
参考文献 209
第8章 多孔介质中液体燃料的燃烧 211
8.1 多孔介质中液体喷雾预蒸发过滤燃烧的实验研究 211
8.1.1 多孔介质中液体喷雾燃烧的实验装置 211
8.1.2 实验方法和步骤 216
8.1.3 多孔介质内液体喷雾燃烧的火焰特性 217
8.1.4 液体喷雾预蒸发过滤燃烧的燃烧特性 220
8.1.5 小结 224
8.2 多孔介质中液体喷雾燃烧的数值模拟 225
8.2.1 数学模型 225
8.2.2 物理模型 227
8.2.3 结果与讨论 227
8.2.4 小结 233
8.3 多孔介质发动机的基础研究 234
8.3.1 多孔介质发动机概述 234
8.3.2 多孔介质发动机的热力循环学分析 236
8.3.3 开式多孔介质发动机零维单区模型 245
8.3.4 小结 248
参考文献 248
第9章 多孔介质结构的几何模型 250
9.1 固体小单元阵列模型 250
9.2 自然填充堆积模型 253
9.3 简化的理论模型 256
9.3.1 孔隙网络模型 256
9.3.2 随机生长型结构模型 258
9.3.3 基于单元体组合的模型 261
9.4 计算机重构的随机模型 264
9.4.1 基于实验的重构方法 265
9.4.2 数值重构方法 268
参考文献 274
第10章 多孔介质燃烧的孔隙尺度模拟 278
10.1 概述 278
10.2 基于孔隙尺度的多孔介质内预混燃烧的大涡模拟研究 279
10.2.1 数值模型与计算方法 280
10.2.2 计算网格生成 283
10.2.3 结果与讨论 284
10.2.4 多孔介质中的着火过程大涡模拟计算 293
10.3 湍流过滤预混火焰特性及特征尺度的影响 295
10.3.1 数值模型和计算方法 296
10.3.2 结果与讨论 297
参考文献 304