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第1章 湍流燃烧及其数值模拟概述1

1.1 湍流燃烧基本特性1

1.1.1 湍流的基本特性1

1.1.2 湍流燃烧的特点2

1.2 化学反应流的数学描述3

1.2.1 化学反应流控制方程3

1.2.2 化学反应机理及反应速率4

1.3 湍流燃烧模拟的一般方法5

1.3.1 直接数值模拟6

1.3.2 雷诺平均数值模拟6

1.3.3 大涡模拟8

1.3.4 混合RANS/LES方法12

1.3.5 湍流燃烧模拟的封闭问题14

1.4 常用湍流燃烧模型15

1.4.1 涡破碎模型与涡耗散模型16

1.4.2 条件矩封闭模型17

1.4.3 线性涡模型18

1.4.4 概率密度函数方法21

1.4.5 湍流燃烧火焰面模型24

1.5 本书的主要内容26

参考文献26

第2章 湍流预混燃烧30

2.1 层流预混火焰30

2.1.1 层流预混火焰结构30

2.1.2 层流预混火焰温度31

2.2 湍流预混火焰33

2.2.1 湍流预混火焰的基本性质33

2.2.2 湍流脉动与火焰的相互作用34

2.2.3 湍流预混燃烧模式分区37

2.3 火焰传播速度39

2.3.1 常温条件下的火焰传播速度39

2.3.2 高温条件下的火焰传播速度44

2.4 湍流预混燃烧的火焰面模型49

2.4.1 G方程预混火焰面模型49

2.4.2 预混火焰面数据库的生成61

2.4.3 C方程预混火焰面模型63

2.4.4 G方程和C方程比较67

2.5 湍流预混燃烧算例验证68

2.5.1 均匀各向同性湍流中的火焰核增长68

2.5.2 三角棱柱火焰稳定器的燃烧模拟70

2.5.3 低旋流燃烧器的火焰稳定73

2.5.4 本生灯的火焰形状78

2.6 带自点火特性的预混火焰传播模型80

2.6.1 预混火焰自点火耦合模型82

2.6.2 算例验证84

参考文献87

第3章 扩散燃烧92

3.1 扩散燃烧的结构92

3.1.1 层流扩散火焰结构93

3.1.2 湍流扩散火焰结构95

3.2 扩散火焰的数学描述96

3.2.1 混合分数96

3.2.2 Burke-Schumann解和化学平衡解99

3.2.3 详细化学反应机理对层流扩散火焰的影响100

3.2.4 火焰面结构的渐近解103

3.2.5 湍流扩散火焰的分区107

3.3 湍流扩散燃烧火焰面模型111

3.3.1 扩散火焰面模型合理性验证112

3.3.2 火焰面模型方程114

3.3.3 湍流扩散火焰面方程116

3.3.4 湍流燃烧稳态火焰面数据库的生成117

3.3.5 非稳态火焰面模型121

3.3.6 有焓损失的火焰面模型123

3.4 交互式火焰面模型123

3.4.1 交互式稳态火焰面模型124

3.4.2 交互式非稳态火焰面模型124

3.5 火焰面／进度变量模型128

3.5.1 火焰面／进度变量模型的理论基础128

3.5.2 火焰面／进度变量模型的方程130

3.5.3 湍流燃烧大涡模拟火焰面／进度变量模型132

3.5.4 火焰面／进度变量模型的数据库曲线建表法133

3.5.5 火焰面／进度变量模型算例验证135

3.6 火焰面／进度变量模型的发展137

3.6.1 β-PDF的火焰面／进度变量模型138

3.6.2 火焰面参数为统计最概然分布的火焰面／进度变量模型141

3.6.3 非稳态火焰面／进度变量模型144

参考文献147

第4章 湍流部分预混燃烧152

4.1 部分预混火焰结构152

4.1.1 层流部分预混火焰152

4.1.2 湍流部分预混火焰156

4.2 基于G方程与Z方程的部分预混火焰面模型160

4.2.1 模型描述160

4.2.2 甲烷／空气湍流抬举火焰数值模拟161

4.2.3 层流富燃预混射流火焰数值模拟164

4.2.4 圆锥内部预混湍流火焰166

4.3 基于C方程和Z方程的部分预混湍流燃烧火焰面模型168

4.3.1 部分预混火焰中的进度变量168

4.3.2 火焰索引函数170

4.3.3 基于混合分数和进度变量的部分预混火焰面模型建模172

4.3.4 应用举例174

4.4 基于G方程、Z方程与C方程结合的部分预混湍流燃烧火焰面模型176

4.4.1 G方程与C方程的耦合模型176

4.4.2 燃烧模式索引177

4.4.3 算例验证179

4.5 带自点火特性的部分预混火焰模型180

4.5.1 部分预混火焰中的自点火与火焰传播180

4.5.2 自点火、火焰传播以及扩散火焰的通用型火焰面方程182

4.5.3 带自点火特性部分预混火焰的火焰面模型185

参考文献186

第5章 超声速燃烧的火焰面模式190

5.1 超声速湍流燃烧火焰面模型应用综述190

5.1.1 超声速湍流燃烧特点及模拟困难190

5.1.2 超声速湍流燃烧中火焰面模型存在的问题191

5.2 超声速燃烧火焰面模式判别198

5.2.1 计算条件的给定199

5.2.2 流场中特征尺度的计算200

5.2.3 超声速湍流燃烧模式判别201

5.2.4 算例分析205

5.3 超声速湍流燃烧的火焰面／进度变量模型及应用211

5.3.1 超声速湍流燃烧火焰面／进度变量模型的修正方法212

5.3.2 算例验证212

5.4 部分预混超声速湍流燃烧的G/Z方程模型及其应用223

5.4.1 部分预混超声速湍流燃烧G/Z方程模型223

5.4.2 部分预混超声速湍流燃烧G/Z方程模型验证224

5.4.3 超声速来流稳焰凹腔部分预混燃烧模拟实例229

参考文献237