热流过程的数学模型和数值模拟PDF电子书下载

第一部分 基本模型 2

第1章 黏性不可压缩流体的数学模型 2

1.1几个基本公式 3

1.2流动的基本方程组 4

1.2.1守恒方程 4

1.2.2变形速度张量 5

1.2.3牛顿流本构方程 8

1.3黏性不可压缩流体绕圆球运动模型 9

1.4黏性不可压缩流体边界层方程 13

1.4.1平板二维边界层数学模型 14

1.4.2边界层厚度 15

1.4.3边界层动量积分关系式 16

1.4.4平板层流边界层的计算 18

第2章 湍流流动的标准k-ε模型 21

2.1湍流运动的基本方程 22

2.1.1雷诺平均方程 22

2.1.2雷诺应力输运方程 23

2.2 k方程 25

2.3ε方程 26

2.4标准k-ε模型的通用形式 27

2.5初始条件和边界条件 28

第3章 气体湍流燃烧模型 30

3.1能量输运方程 31

3.1.1能量守恒方程 31

3.1.2能量守恒方程的几个不同形式 32

3.2化学反应组分平衡方程和能量输运方程 34

3.3湍流中的组分平均方程和能量平均方程 36

3.4湍流扩散燃烧模型（k-ε-g模型） 37

3.4.1混合分数f-g方程 38

3.4.2混合分数的概率密度函数 39

3.5湍流预混火焰燃烧速率模型（旋涡破碎EBU模型） 39

3.6湍流燃烧关联矩 41

第4章 两相流颗粒轨道模型 45

4.1单颗粒拉格朗日运动方程 47

4.2两相耦合求解问题 49

4.3颗粒模型中湍流脉动速度的处理 51

4.3.1颗粒湍流扩散处理方法 51

4.3.2湍流脉动特征频率 51

4.3.3湍流脉动频谱分布 53

4.4颗粒特性和颗粒源项的统计方法 55

4.5网格时间确定问题 56

4.5.1颗粒运动方程的变换和计算方法 57

4.5.2煤粉浓淡低负荷燃烧器的撞击分离装置内两相流动计算 58

参考文献 59

第5章 两相流PDF模型 61

5.1白噪声和色噪声 62

5.2两相湍流f-2色噪声扩维方法 63

5.3颗粒轨道上所见流体Langevin模型 66

5.3.1颗粒轨道上所见流体瞬时速度Langevin方程 66

5.3.2颗粒轨道上所见流体微团平均速度和脉动速度Langevin方程 68

5.3.3颗粒轨道上所见流体微团脉动速度的关联特性 69

5.4基于各向异性湍流的颗粒PDF模型 70

5.4.1湍流两相流的PDF方程 70

5.4.2各向同性时两相关联系数 71

5.4.3各向异性时关联系数 72

参考文献 74

第二部分 多场复杂模型 76

第6章 重整化群强旋转代数应力模型 76

6.1湍流重整化群理论的发展 76

6.2 RNG k-ε模型 77

6.2.1用模式理论分析RNGε方程 77

6.2.2 RNG k-ε模型和标准k-ε模型的模型常数 80

6.2.3 RNG k-ε模型 80

6.2.4重整化群模型算例之一——管内充分发展湍流 81

6.3强旋转湍流流动 83

6.3.1轴对称圆柱坐标系中的新型代数应力模型推导 83

6.3.2轴对称圆柱坐标系中的新型代数应力方程组之解 85

6.4 RNG-ASM模型及数值模拟 87

6.4.1 RNG k-ε方程与ASM模型结合 87

6.4.2重整化群模型算例之二——强旋转受限射流 88

参考文献 94

第7章 多孔介质热电材料传热模型及数值模拟 96

7.1汽车尾气热电材料多孔介质发电的综述 96

7.2多孔介质传热流动的数学模型 97

7.2.1多孔介质的基本概念 98

7.2.2动量方程多孔介质修正［35］ 99

7.2.3多孔介质能量方程［35］ 99

7.3多孔介质湍流流动传热的数学模型 100

7.4汽车尾气多孔介质热电材料发电器 103

7.4.1模拟对象 103

7.4.2初始条件和多孔介质条件 105

7.5模拟结果分析 106

7.5.1排气管内流场的分析 106

7.5.2排气管内温度场的分析 108

7.5.3多孔介质热电材料的发电功率 111

参考文献 113

第8章 多孔介质燃烧的数学模型及数值模拟 115

8.1多孔介质燃烧的研究综述 115

8.2多孔介质燃烧的数学模型 117

8.3二维环状多孔介质燃烧器的数值模拟 119

8.3.1计算条件 119

8.3.2高当量比绝热壁面工况下计算结果 121

8.3.3燃烧器内温度场的影响因素分析 124

8.3.4火焰移动速率 126

8.4三维环状多孔介质燃烧的数值模拟 129

8.4.1计算条件 129

8.4.2计算结果分析 130

8.4.3三维模型与二维模型的燃烧室内温度场对比 132

8.4.4三维模型与二维模型的速度场对比 133

参考文献 136

第9章 室内颗粒污染物数学模型及其数值模拟 139

9.1问题背景 139

9.2室内颗粒污染物运动的数学模型 140

9.2.1混合模型的基本方程组 140

9.2.2湍流混合模型的推导 142

9.2.3湍流混合模型的修正 144

9.3办公室通风除尘过程的数值模拟 147

9.3.1模拟对象 148

9.3.2模拟结果分析 148

9.4家用厨房颗粒分布运动的数值模拟 151

9.4.1模拟对象 151

9.4.2夏季混合通风下厨房颗粒浓度分布 153

9.4.3不同季节厨房内颗粒浓度分布的比较 156

9.4.4不同通风方式厨房内颗粒浓度分布的比较 159

9.5颗粒排除效率的比较 164

参考文献 165

第10章 声波团聚数学模型及其数值模拟 169

10.1驻波声-流场中细颗粒运动数学模型 169

10.1.1所受的主要作用力 169

10.1.2声波驻波场中颗粒运动方程 170

10.2颗粒声波凝聚的特性分析 171

10.3超细颗粒声波团聚数值模拟 174

10.3.1微通道超细颗粒声波团聚数学模型 175

10.3.2超细颗粒声波团聚数值模拟方法 175

10.3.3数值模拟结果 177

10.4声波旋风分离器两相流的数学模型 179

10.4.1湍流雷诺应力模型 179

10.4.2颗粒模型 182

10.4.3团聚动力学方程［15］ 182

10.5旋风除尘器颗粒声波团聚和分离过程的数值模拟 185

10.5.1模拟对象——旋风除尘器 185

10.5.2边界条件与差分格式选择 186

10.5.3单相流场计算结果 186

10.5.4声波团聚两相流场计算结果 187

参考文献 191

第11章 Rigke管中的热声现象的数值模拟研究 193

11.1 Rijke管中的热声现象的数值模拟研究综述 193

11.2 Rigke管中的热声现象的数学模型 196

11.3模拟对象与计算方法 197

11.4模拟结果及分析 199

11.4.1起振过程 199

11.4.2极限周期振荡 205

11.5声波特性分析 210

11.5.1相位角分析 210

11.5.2 Fourier频谱分析 212

11.5.3参量空间分布及周期云图 220

参考文献 224

第12章 声波制冷过程的数值模拟 226

12.1热声制冷技术的CFD研究现状 226

12.2热声制冷的流动与传热模型 229

12.3简单声波制冷过程的数值模拟 232

12.3.1模拟对象与计算方法 232

12.3.2结果及分析 234

12.4外部形状的改进 238

12.5带回流通道的热声机 243

12.5.1基本热流场 244

12.5.2板叠附近流场分析与泵热机理讨论 250

参考文献 253

附录 曲线坐标系中场 255

F.1场的基本知识 255

F.2曲线坐标系表述的场 258

F.2.1符号约定 258

F.2.2曲线坐标系及孤元素 260

F.2.3曲线系中的梯度、散度和旋度 262

F.3曲线系流体力学的场论公式 265

F.4曲线坐标系中的不可压缩流方程组 267