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