计算流体力学CFD（Computational Fluid Dynamics）是一门随着计算机发展而产生的综合数学、流体力学、计算机科学等多种学科的交叉学科[1]。它通过数值计算方法来直接求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析。CFD被运用于湍流燃烧领域开始于上世纪八十年代。CFD在湍流燃烧领域的研究主要分为两个方面。一个是在理论方面的研究，运用CFD来分析湍流与燃烧的相互作用，帮助学者建立新的燃烧模型，处理边界条件和壁面等方面的问题。二是在应用方面的研究，目前在内燃机燃烧过程数值模拟、航空发动机模拟、锅炉燃烧器及炉膛的冷态和热态模拟等各种能源动力工程领域中都运用到了CFD。文献综述

在CFD的两个方面的研究，最主要的是在理论方面的研究。理论研究可以直接或者间接指导实际运用，有助于学者创造提出新的湍流燃烧模型并提供数据验证。目前有三种主要的CFD方法：第一种方法为大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES），在大涡模拟中通过某种滤波方法把流动分为大涡和小涡两部分运动，通过数值求解运动微分方程直接计算得到大涡的运动规律，对于小涡运动则采用建立模型来模拟。这种方法，并不能微观细致地阐明湍流与燃烧的相互作用机理，只能对个别现象进行理论分析。第二种方法是雷诺平均数值模拟（Reynolds Averaged Navier-Stokes equations, RANS），它通过建立湍流模型和湍流燃烧模型把时均化的控制方程进行封闭，不需要计算各个尺度湍流脉动，只需要对平均运动进行计算，所以这种模拟的时间和空间精度并不高，不能被普遍适用。

第三种方法就是直接数值模拟（Direct Numerical Simulation, DNS）。直接数值模拟不需要对湍流燃烧建立模型，这样就不会引入模型误差，通过直接求解Navier-Stokes方程就可以获得湍流运动的全部信息，原则上利用直接数值模拟可以解决所有的湍流问题。经过多年来的完善发展，直接数值模拟方法已经被认为是研究湍流燃烧的重要方法之一。但是直接数值模拟也有其自身的不足。直接数值模拟对于时间、空间的分辨率要求高，因此必须用十分精细的网格计算，所以计算量大，耗时长。直接数值模拟也对边界条件要求特别，需要对边界进行特殊处理。还有它只能模拟简单的几何边界湍流运动。

1。2 研究现状

1。2。1 湍流预混火焰的研究现状

1。2。2 湍流扩散火焰的研究现状

1。3 本文主要研究内容及章节安排

本文通过直接数值模拟的方法研究甲烷燃烧火焰。主要工作是运用FDS软件，对甲烷火源、初值和边界进行了设定，对甲烷燃烧火焰进行了直接数值模拟。提取了甲烷在燃烧过程中的火焰结构形态、温度场、速度场、密度等数据，结合所提取的数据对火焰羽流结构特点进行理论分析。本文章节安排如下：

第一章是绪论部分，主要说明本文的研究目的和意义，阐述直接数值模拟方法对于湍流燃烧问题研究的重要作用。介绍了两种湍流燃烧火焰直接数值模拟研究的进展与现状。之后对论文的主要研究内容和章节安排作了说明。来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

第二章是直接数值模拟方法，主要研究了直接数值模拟的控制方程、直接数值模拟的控制运输系数、空间和时间的离散、边界条件处理、燃烧模型和FDS求解过程等问题。

第三章是物理模型的建立，对计算区域、网格的划分、火源设置和边界条件设置作了介绍。

第四章是甲烷燃烧火焰反应羽流的计算结果与分析，主要对羽流的密度分布、温度场、速度场、单位面积热释放率和甲烷质量分数分布进行了分析讨论，得到最后羽流的变化特点。