在我國,煤粉的燃燒是獲取能量的主要方式,同時也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。在過去的研究中,基于拉格朗日計(jì)算顆粒運(yùn)動的點(diǎn)源方法和煤粉燃燒的統(tǒng)觀模型盡管在一定程度上獲得了令人滿意的結(jié)果,但是由于模型的缺陷,煤粉顆粒與流體之間的耦合作用和煤粉顆粒的反應(yīng)過程難以在模型中準(zhǔn)確體現(xiàn),從而無法正確的計(jì)算顆粒的運(yùn)動過程以及顆粒與流體之間的相互作用,許多顆粒尺度上的微觀現(xiàn)象難以正確的呈現(xiàn)。而在已有的全尺度計(jì)算方法中,還沒有一種方法能夠較好地處理氣固燃燒過程中復(fù)雜的能量-質(zhì)量-動量耦合作用。因此,發(fā)展研究能夠處理傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)過程的全尺度數(shù)值計(jì)算方法顯得十分重要。本文在顆粒全尺度計(jì)算的內(nèi)嵌邊界方法基礎(chǔ)上提出了適用于可壓縮流體,且能夠處理Dirichlet, Neumann和Robin類型邊界條件的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法。通過對流體橫掠靜止圓柱的算例的計(jì)算及比較分析,驗(yàn)證了本論文提出的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法對以上三類邊界條件都具有空間二階精度的收斂性。本論文還將虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法應(yīng)用于計(jì)算研究運(yùn)動邊界的問題。通過對二維空間單個顆粒運(yùn)動的計(jì)算比較分析,證明了本文的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法能夠準(zhǔn)確捕捉運(yùn)動顆粒與流場的相互作用。在冷態(tài)流場計(jì)算的基礎(chǔ)上,本論文將虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法應(yīng)用于顆粒與流體的傳熱問題中,驗(yàn)證了該方法在處理Dirichlet, Neumann和Robin類型邊界條件下的靜止和運(yùn)動顆粒換熱過程時的準(zhǔn)確性。本論文還使用該方法計(jì)算研究了Mach數(shù)對氣固傳熱過程的影響。在本論文中,虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法不僅被用于處理氣體與顆粒的動量和能量耦合,還被擴(kuò)展到氣固燃燒問題中。改進(jìn)的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法被用于模擬石墨柱在空氣中的燃燒過程。該方法使用由兩個異相反應(yīng)和一個均相反應(yīng)構(gòu)成的半包反應(yīng),考慮了顆粒表面的Stefan流和顆粒向周圍環(huán)境的熱輻射過程。通過對燃燒過程中碳燃燒速率、速度場、溫度場和各組分濃度分布情況的分析比較,檢驗(yàn)了該方法在處理氣固多相燃燒問題上的能力。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ534
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 氣固兩相流的數(shù)值計(jì)算方法
    1.3 內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.1 原始內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.2 直接力內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.3 虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法
        1.3.4 內(nèi)嵌邊界方法在傳熱問題中的應(yīng)用
        1.3.5 內(nèi)嵌邊界方法在傳質(zhì)問題中的應(yīng)用
    1.4 煤粉燃燒的數(shù)值模擬方法
    1.5 本文的創(chuàng)新點(diǎn)及主要內(nèi)容
第二章 數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法
    2.1 控制方程
    2.2 處理復(fù)雜邊界條件的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法
        2.2.1 Dirichlet邊界條件
        2.2.2 Neumann邊界條件
        2.2.3 Robin邊界條件
    2.3 處理固體燃燒的虛擬點(diǎn)內(nèi)嵌邊界方法
    2.4 數(shù)值精度驗(yàn)證
    2.5 本章小結(jié)
第三章 二維氣固多相流冷態(tài)流場模擬
    3.1 流體橫掠靜止圓柱的受力特性及流場分布
    3.2 振蕩圓柱在靜止流體中的運(yùn)動過程
    3.3 本章小結(jié)
第四章 二維氣固多相流傳熱過程的數(shù)值模擬
    4.1 靜止固體在流場中的傳熱過程模擬
    4.2 振蕩圓柱在均勻來流中的傳熱過程模擬
        4.2.1 圓柱垂直于來流方向振動
        4.2.2 圓柱平行于來流方向振動
    4.3 可壓縮現(xiàn)象對氣固傳熱過程的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 碳顆粒燃燒的直接數(shù)值模擬
    5.1 問題的簡化與假設(shè)
    5.2 計(jì)算過程
    5.3 計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn)與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：2873865