氣體和兩相流燃燒·理論和數值模擬

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《氣體和兩相流燃燒·理論和數值模擬》，周力行 著，出版社： 科學出版社。

內容簡介

湍流氣體和兩相流燃燒廣泛存在於能源動力、航空航天和化工冶金等工程中。本書闡述了其中的基本理論和基本現象、數學物理模型、數值模擬結果和實驗檢驗，以及數值模擬的應用。本書的特點是把湍流模型理論、多相流體力學理論和燃燒理論結合起來。本書是基於作者及其研究組多年來的研究和教學成果，也引入了國內外**的研究成果。全書分成12章。第1～7章分別為燃燒過程、多相流動和湍流的基本理論和知識。第8～12章分別為湍流兩相流動和燃燒的基本方程、湍流氣體流動模型、湍流兩相流動模型、湍流燃燒模型和數值模擬的應用。

目錄

序

前言

符號表

第一篇氣體和兩相流燃燒理論

第1章層流多組分有反應流動基本定律和守恆方程3

1.1基本關係式和輸運定律3

1.2化學反應動力學基本關係式5

1.3雷諾通用輸運定理7

1.4連續方程、組分方程和動量方程.8

1.5能量方程9

1.6多組分有反應流動的相似準則12

1.7相分界面邊界條件和Stefan流13

1.8Zeldovich轉換和廣義雷諾比擬16

參考文獻17

第2章着火和滅火理論18

2.1基本概念和量綱分析18

2.2密閉容器內預混氣體着火的Semenov非定常模型20

2.3着火延遲23

2.4流動系統着火的非定常分析法25

2.5熱板點燃的Khitrin-Goldenberg模型26

2.6良好攪拌反應器中的Vulis着火和滅火模型29

2.7密閉容器內着火的Frank-Kamenetsky定常模型31

2.8一般流動系統着火條件的定常分析法32

參考文獻34

第3章層流氣體燃燒理論35

3.1層流預混火焰.35

3.2層流預混火焰傳播方程.35

3.3層流預混火焰傳播方程的若干性質36

3.3.1絕熱邊界條件和本徵值問題36

3.3.2冷端難題36

3.3.3溫度和濃度剖面的相似及焓值的守恆36

3.4層流預混火焰傳播速度的一般表達式37

3.5層流預混火焰傳播方程的近似解37

3.6層流預混火焰傳播方程的精確解41

3.7各種外參數對傳播速度的影響42

3.8統觀反應動力學參數的推算42

3.9層流擴散火焰43

參考文獻44

第4章液體燃料燃燒理論45

4.1液體燃料燃燒方式和特點45

4.2常溫環境中的液滴蒸發45

4.3液滴在高溫環境中的蒸發和燃燒46

4.4液滴蒸發和燃燒的主要實驗結果50

4.5蒸發和燃燒的液滴周圍軸對稱二維流動的解析解與三維流動的數值模擬53

4.5.1有蒸發/燃燒液滴周圍軸對稱氣體流動的「厚交換層」理論53

4.5.2有蒸發和燃燒的乙醇液滴周圍三維氣體流動的數值模擬57

4.6液滴的着火和滅火61

4.7內回流對液滴蒸發的作用…

4.8多組分液滴燃燒和微爆現象65

4.9液霧燃燒和液滴群燃燒的實驗現象66

4.10液霧火焰傳播速度理論分析73

4.11熱燃燒產物點燃冷液霧-空氣兩相流動74

參考文獻79

第5章固體燃料——碳和煤的燃燒理論81

5.1固體燃料的燃燒81

5.2煤的熱解揮發82

5.3固態碳異相反應83

5.4碳的異相氧化反應的基本方程84

5.5碳粒燃燒的單火焰面模型85

5.6碳粒燃燒的某些實驗結果88

5.7碳粒燃燒的雙火焰面模型88

5.8煤粒燃燒90

5.9煤粒和碳粒的着火及滅火92

參考文獻92

第6章湍流燃燒經典理論初步93

6.1背景93

6.2湍流射流擴散燃燒93

6.3湍流預混火焰的Damkohler-Shelkin皺褶火焰面模型95

6.4湍流預混火焰的Summerfield-Shetsinkov容積燃燒模型95

6.5湍流火焰穩定理論96

參考文獻98

第二篇湍流兩相流燃燒的數值模擬

第7章離散型多相/兩相流和湍流基本知識101

7.1離散型多相/兩相流的研究背景101

7.2多相湍流流動的不同流型102

7.3顆粒群/液霧的若干基本性質102

7.3.1顆粒/液滴尺寸及其分布律102

7.3.2表觀密度和體積分數103

7.3.3顆粒/液滴阻力(曳力)和傳熱傳質104

7.4顆粒動力學105

7.4.1單顆粒運動方程105

7.4.2單顆粒在均勻流場中的運動105

7.4.3顆粒的重力沉降106

7.4.4非均勻流場中的顆粒受力106

7.4.5一般形式的顆粒運動方程107

7.4.6顆粒動力學的近期研究108

7.5湍流的基本現象108

7.6湍流變量的雷諾展開和時間平均109

7.7湍流脈動的概率密度分布函數109

7.8湍流的關聯量、長度尺度和時間尺度111

參考文獻112

第8章湍流兩相流動和燃燒的基本方程組113

8.1引言113

8.2兩相流動系統的控制體113

8.3各相內「細觀」守恆方程組114

8.4層流/瞬態兩相流動體積平均守恆方程組115

8.5稀疏湍流兩相反應流動的雷諾時平均方程組119

8.6湍流兩相流動的概率密度函數方程和統計平均方程組121

8.7兩相雷諾應力和標量輸運方程組124

參考文獻127

第9章單相湍流流動的數值模擬129

9.1引言129

9.2單相湍流動能方程的封閉130

9.3k-ε雙方程模型131

9.4雷諾應力輸運方程的二階矩封閉135

9.5雷諾應力和熱流輸運方程模型137

9.6代數應力和熱流模型——擴展的k-ε模型139

9.7DSM和ASM的應用及其與其他模型的比較141

9.8湍流流動的大渦模擬149

9.9湍流流動的直接數值模擬153

參考文獻155

第10章湍流兩相流動的數值模擬158

10.1引言158

10.2顆粒湍流脈動的Hinze-Tchen代數模型(Ap模型)160

10.3統一二階矩兩相湍流模型161

10.4k-ε-kp和k-ε-Ap兩相湍流模型165

10.5USM,k-ε-kp和k-ε-Ap兩相湍流模型的應用和檢驗166

10.6改進的二階矩兩相湍流模型177

10.7質量加權平均的二階矩兩相湍流模型182

10.8k-ε-PDF與DSM-PDF兩相湍流模型189

10.9顆粒湍流的Monte-Carlo模擬198

10.10兩相湍流的非線性k-ε-kp模型203

10.11稠密顆粒流動的動力論模型208

10.12稠密氣粒流動的兩相湍流模型211

10.13兩相流動的歐拉-拉格朗日(軌道)模擬214

10.13.1確定軌道模型的基本守恆方程組214

10.13.2顆粒湍流擴散的修正215

10.13.3顆粒隨機軌道模型216

10.13.4稠密氣粒流動的離散單元模擬218

10.14湍流兩相流動的大渦模擬219

10.14.1引言219

10.14.2旋流氣粒流動的E-L大渦模擬221

10.14.3氣泡-液體流動的E-L大渦模擬223

10.14.4旋流氣粒流動的雙流體大渦模擬224

10.15湍流兩相流動的直接數值模擬226

參考文獻230

第11章湍流燃燒的數值模擬235

11.1引言235

11.2湍流燃燒模型的基本問題235

11.3湍流燃燒的渦破碎/渦耗散模型236

11.4湍流燃燒的預設PDF模型238

11.4.1簡化PDF的概念238

11.4.2簡化PDF-局部瞬時不混合的快速反應模型240

11.4.3簡化PDF-局部瞬時平衡的快速反應模型242

11.4.4湍流反應的簡化PDF-有限反應率模型245

11.5湍流燃燒的PDF輸運方程模型249

11.6湍流預混燃燒的Bray-Moss-Libby模型253

11.7湍流燃燒的條件矩封閉模型253

11.8湍流燃燒的層流小火焰模型255

11.9湍流燃燒的二階矩模型256

11.9.1隻考慮濃度脈動的二階矩模型257

11.9.2對溫度指數函數做級數展開近似的二階矩模型258

11.9.3兩種二階矩-PDF模型.260

11.9.4終版的湍流燃燒的二階矩模型262

11.10湍流兩相燃燒的數值模擬269

11.10.1兩相燃燒的雙流體模型269

11.10.2湍流兩相燃燒的歐拉-拉氏模擬272

11.11湍流燃燒的大渦模擬272

11.11.1氣體湍流燃燒大渦模擬過濾的控制方程和封閉模型272

11.11.2各種氣體湍流燃燒的大渦模擬274

11.11.3乙醇-空氣液霧燃燒的大渦模擬279

11.11.4旋流煤粉燃燒的大渦模擬281

11.12湍流燃燒的直接數值模擬288

參考文獻292

第12章湍流兩相流燃燒數值模擬的應用297

12.1引言297

12.2大速差射流燃燒室內兩相流動和煤粉燃燒297

12.3旋流燃燒器中煤粉燃燒和氮氧化物生成300

12.4固排渣渦旋爐內煤粉燃燒302

12.5固排渣噴騰旋風爐內兩相流動和煤燃燒304

12.6電站煤粉爐內兩相流動和燃燒308

12.7液霧燃燒320

12.8結束語332

參考文獻332

名詞索引335