气体和两相流燃烧·理论和数值模拟

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《气体和两相流燃烧·理论和数值模拟》，周力行 著，出版社： 科学出版社。

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内容简介

湍流气体和两相流燃烧广泛存在于能源动力、航空航天和化工冶金等工程中。本书阐述了其中的基本理论和基本现象、数学物理模型、数值模拟结果和实验检验，以及数值模拟的应用。本书的特点是把湍流模型理论、多相流体力学理论和燃烧理论结合起来。本书是基于作者及其研究组多年来的研究和教学成果，也引入了国内外**的研究成果。全书分成12章。第1～7章分别为燃烧过程、多相流动和湍流的基本理论和知识。第8～12章分别为湍流两相流动和燃烧的基本方程、湍流气体流动模型、湍流两相流动模型、湍流燃烧模型和数值模拟的应用。

目录

序

前言

符号表

第一篇气体和两相流燃烧理论

第1章层流多组分有反应流动基本定律和守恒方程3

1.1基本关系式和输运定律3

1.2化学反应动力学基本关系式5

1.3雷诺通用输运定理7

1.4连续方程、组分方程和动量方程.8

1.5能量方程9

1.6多组分有反应流动的相似准则12

1.7相分界面边界条件和Stefan流13

1.8Zeldovich转换和广义雷诺比拟16

参考文献17

第2章着火和灭火理论18

2.1基本概念和量纲分析18

2.2密闭容器内预混气体着火的Semenov非定常模型20

2.3着火延迟23

2.4流动系统着火的非定常分析法25

2.5热板点燃的Khitrin-Goldenberg模型26

2.6良好搅拌反应器中的Vulis着火和灭火模型29

2.7密闭容器内着火的Frank-Kamenetsky定常模型31

2.8一般流动系统着火条件的定常分析法32

参考文献34

第3章层流气体燃烧理论35

3.1层流预混火焰.35

3.2层流预混火焰传播方程.35

3.3层流预混火焰传播方程的若干性质36

3.3.1绝热边界条件和本征值问题36

3.3.2冷端难题36

3.3.3温度和浓度剖面的相似及焓值的守恒36

3.4层流预混火焰传播速度的一般表达式37

3.5层流预混火焰传播方程的近似解37

3.6层流预混火焰传播方程的精确解41

3.7各种外参数对传播速度的影响42

3.8统观反应动力学参数的推算42

3.9层流扩散火焰43

参考文献44

第4章液体燃料燃烧理论45

4.1液体燃料燃烧方式和特点45

4.2常温环境中的液滴蒸发45

4.3液滴在高温环境中的蒸发和燃烧46

4.4液滴蒸发和燃烧的主要实验结果50

4.5蒸发和燃烧的液滴周围轴对称二维流动的解析解与三维流动的数值模拟53

4.5.1有蒸发/燃烧液滴周围轴对称气体流动的“厚交换层”理论53

4.5.2有蒸发和燃烧的乙醇液滴周围三维气体流动的数值模拟57

4.6液滴的着火和灭火61

4.7内回流对液滴蒸发的作用…

4.8多组分液滴燃烧和微爆现象65

4.9液雾燃烧和液滴群燃烧的实验现象66

4.10液雾火焰传播速度理论分析73

4.11热燃烧产物点燃冷液雾-空气两相流动74

参考文献79

第5章固体燃料——碳和煤的燃烧理论81

5.1固体燃料的燃烧81

5.2煤的热解挥发82

5.3固态碳异相反应83

5.4碳的异相氧化反应的基本方程84

5.5碳粒燃烧的单火焰面模型85

5.6碳粒燃烧的某些实验结果88

5.7碳粒燃烧的双火焰面模型88

5.8煤粒燃烧90

5.9煤粒和碳粒的着火及灭火92

参考文献92

第6章湍流燃烧经典理论初步93

6.1背景93

6.2湍流射流扩散燃烧93

6.3湍流预混火焰的Damkohler-Shelkin皱褶火焰面模型95

6.4湍流预混火焰的Summerfield-Shetsinkov容积燃烧模型95

6.5湍流火焰稳定理论96

参考文献98

第二篇湍流两相流燃烧的数值模拟

第7章离散型多相/两相流和湍流基本知识101

7.1离散型多相/两相流的研究背景101

7.2多相湍流流动的不同流型102

7.3颗粒群/液雾的若干基本性质102

7.3.1颗粒/液滴尺寸及其分布律102

7.3.2表观密度和体积分数103

7.3.3颗粒/液滴阻力(曳力)和传热传质104

7.4颗粒动力学105

7.4.1单颗粒运动方程105

7.4.2单颗粒在均匀流场中的运动105

7.4.3颗粒的重力沉降106

7.4.4非均匀流场中的颗粒受力106

7.4.5一般形式的颗粒运动方程107

7.4.6颗粒动力学的近期研究108

7.5湍流的基本现象108

7.6湍流变量的雷诺展开和时间平均109

7.7湍流脉动的概率密度分布函数109

7.8湍流的关联量、长度尺度和时间尺度111

参考文献112

第8章湍流两相流动和燃烧的基本方程组113

8.1引言113

8.2两相流动系统的控制体113

8.3各相内“细观”守恒方程组114

8.4层流/瞬态两相流动体积平均守恒方程组115

8.5稀疏湍流两相反应流动的雷诺时平均方程组119

8.6湍流两相流动的概率密度函数方程和统计平均方程组121

8.7两相雷诺应力和标量输运方程组124

参考文献127

第9章单相湍流流动的数值模拟129

9.1引言129

9.2单相湍流动能方程的封闭130

9.3k-ε双方程模型131

9.4雷诺应力输运方程的二阶矩封闭135

9.5雷诺应力和热流输运方程模型137

9.6代数应力和热流模型——扩展的k-ε模型139

9.7DSM和ASM的应用及其与其他模型的比较141

9.8湍流流动的大涡模拟149

9.9湍流流动的直接数值模拟153

参考文献155

第10章湍流两相流动的数值模拟158

10.1引言158

10.2颗粒湍流脉动的Hinze-Tchen代数模型(Ap模型)160

10.3统一二阶矩两相湍流模型161

10.4k-ε-kp和k-ε-Ap两相湍流模型165

10.5USM,k-ε-kp和k-ε-Ap两相湍流模型的应用和检验166

10.6改进的二阶矩两相湍流模型177

10.7质量加权平均的二阶矩两相湍流模型182

10.8k-ε-PDF与DSM-PDF两相湍流模型189

10.9颗粒湍流的Monte-Carlo模拟198

10.10两相湍流的非线性k-ε-kp模型203

10.11稠密颗粒流动的动力论模型208

10.12稠密气粒流动的两相湍流模型211

10.13两相流动的欧拉-拉格朗日(轨道)模拟214

10.13.1确定轨道模型的基本守恒方程组214

10.13.2颗粒湍流扩散的修正215

10.13.3颗粒随机轨道模型216

10.13.4稠密气粒流动的离散单元模拟218

10.14湍流两相流动的大涡模拟219

10.14.1引言219

10.14.2旋流气粒流动的E-L大涡模拟221

10.14.3气泡-液体流动的E-L大涡模拟223

10.14.4旋流气粒流动的双流体大涡模拟224

10.15湍流两相流动的直接数值模拟226

参考文献230

第11章湍流燃烧的数值模拟235

11.1引言235

11.2湍流燃烧模型的基本问题235

11.3湍流燃烧的涡破碎/涡耗散模型236

11.4湍流燃烧的预设PDF模型238

11.4.1简化PDF的概念238

11.4.2简化PDF-局部瞬时不混合的快速反应模型240

11.4.3简化PDF-局部瞬时平衡的快速反应模型242

11.4.4湍流反应的简化PDF-有限反应率模型245

11.5湍流燃烧的PDF输运方程模型249

11.6湍流预混燃烧的Bray-Moss-Libby模型253

11.7湍流燃烧的条件矩封闭模型253

11.8湍流燃烧的层流小火焰模型255

11.9湍流燃烧的二阶矩模型256

11.9.1只考虑浓度脉动的二阶矩模型257

11.9.2对温度指数函数做级数展开近似的二阶矩模型258

11.9.3两种二阶矩-PDF模型.260

11.9.4终版的湍流燃烧的二阶矩模型262

11.10湍流两相燃烧的数值模拟269

11.10.1两相燃烧的双流体模型269

11.10.2湍流两相燃烧的欧拉-拉氏模拟272

11.11湍流燃烧的大涡模拟272

11.11.1气体湍流燃烧大涡模拟过滤的控制方程和封闭模型272

11.11.2各种气体湍流燃烧的大涡模拟274

11.11.3乙醇-空气液雾燃烧的大涡模拟279

11.11.4旋流煤粉燃烧的大涡模拟281

11.12湍流燃烧的直接数值模拟288

参考文献292

第12章湍流两相流燃烧数值模拟的应用297

12.1引言297

12.2大速差射流燃烧室内两相流动和煤粉燃烧297

12.3旋流燃烧器中煤粉燃烧和氮氧化物生成300

12.4固排渣涡旋炉内煤粉燃烧302

12.5固排渣喷腾旋风炉内两相流动和煤燃烧304

12.6电站煤粉炉内两相流动和燃烧308

12.7液雾燃烧320

12.8结束语332

参考文献332

名词索引335