1。2 国内外研究现状

1。2。1 国外燃烧火焰数值模拟

1。2。2  湍流燃烧模拟理论

1。2。3 燃烧模拟的简化

1。3 论文主要研究内容

本文主要针对对丙烷开展其喷射火焰的相关研究，基于燃烧火焰测试仪平台，进 行丙烷喷射火焰实验，采集实验红外图像后利用 IRBIS 软件进行数据提取并对实验所 得数据进行温度场的分析，重点是提取了火焰的表面温度；以实验为基础，应用实验 中实际的边界条件，分为 4 个不同工况在 FDS 软件中进行模拟，选择其中模拟情况最 佳的一次提取火焰表面温度数据，与实验所得数据进行比较，同时将实验与模拟程序 中的火焰形状进行对比，确定模拟程序是否可靠；在确定模拟结果可靠的基础上，根 据模拟结果提取更多的物理参数进行数据分析，综合归纳出丙烷喷射火焰的一般规律 及结构特性。文献综述

本文的主要结构如下：第一章介绍本课题的研究背景及国内外研究现状；第二章 介绍本课题研究的理论基础，包括大涡模拟及湍流燃烧模型；第三章介绍了本课题进 行的实验系统，实验设备以及实验过程，用火焰燃烧综合测试仪进行丙烷喷射火焰实 验，提取数据并对实验数据进行分析；第四章根据实际实验建立模拟的燃烧模型，介 绍燃烧模型的各种参数设置；第五章对实验数据及模拟数据进行比较，验证模拟程序 是否可靠，并且对模拟程序提取了多个物理量数据进行分析，总结出丙烷喷射火焰的 一般规律及火焰特性；第六章是全文结论与展望。

第二章 数学模型

2。1 大涡模拟

在湍流场中涡团的能量分布是有规律的，每个涡团包含的能量通常与其尺度大小 有密切的联系，即大尺度涡团包含大量能量，而对应小尺度涡团因其承载的能量微小， 在湍流场中并不是以承载能量为特点，其职能是实现湍流场能量的耗散。大尺度涡团 在湍流场中的主要地位体现在很多方面，例如它的拟序结构在整个湍流场的运动过程 中中占据着主导地位,它的运动情况常常决定流场的初始条件和边界条件。若能将流场 进行模块化处理,就能同时实现计算精确度的提升和对计算机计算能力的简化。要实现 这种要求，原则上就要能够在研究过程中对大尺度涡团进行直接数值计算，对小尺度 祸团进行模型化处理。后来这种思想在研究者们的不断推动下逐渐发展成了大涡模拟 模拟理论，该理论的基本思路是:先对瞬态流场进行空间过滤,然后对被滤出的大尺度 涡团进行直接模拟,对被滤掉的小尺度涡团进行模型化处理(亚网格模型)[23]，以模拟小 尺度涡团对整个湍流场的影响。来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-

在湍流研究领域的不断发展过程中，大涡模拟已经逐渐成为湍流研究的重要方法， 尤其是在研究复杂湍流问题时,它的优越性比直接数值模拟更明显。大涡模拟首先将湍 流的大尺度脉动和小尺度脉动分开[24],对大尺度结构进行直接数值模拟,对小尺度结构 建立亚格子尺度模型来模拟其作用。但实际建立完美的亚格子尺度是十分困难的，在 大涡模拟的研究过程中往往是最难攻克的核心问题。通常亚格子尺度模型可以分为三 类:涡粘性模型、相似性模型、混合模型。涡粘性模型主要包括谱涡粘性模型、 Smagorinsky 模型、动力学模型、结构函数模型；本文研究使用的 FDS 软件模拟所采 用的就是涡粘性模型中的 Smagorinsky 模型；相似性模型吸收 Germnano 等的动力学模 型思想，以 Bardina 的尺度相似模型为基础,是在捕捉逆向散射效应方面效果极佳的混 合动力学亚格子尺度模型；混合模型是相似模型与涡粘性模型相结合形成混合模型