涡耗散概念燃烧模型耦合简化机理的多维数值模拟.doc

目录摘要IABSTRACTIll目录V第1章绪论11.1引言11.2研究意义21.2.1简化机理及其应用于CFD方法的优势21.2.2耦合简化机理的湍流燃烧数值模拟的意义31.3涡耗散概念（EDC）燃烧模型的研究现状41.4本文研究内容及章节安排6参考文献9第2章基于简化机理和EDC燃烧模型的多维数值方法132.1模拟原理介绍132.1.1湍流数值模拟介绍132.1.2涡耗散概念（EDC）燃烧模型142.2化学反应动力学机理162.2.1 基元反应172.2.2链式反应182.3耦合简化机理的方法192.3.1反应速率1923.1.1逆反应的处理2123.1.2三体反应212.3.1.3压力依赖的反应222.3.2 热力学性质232.3.3输运特征242.3.3.1导热率252.33.2二元扩散系数252.4本章小结26参考文献27第3章甲烷湍流扩散火焰模拟及数值方法有效性验证293.1模拟平台设置293.1.1网格独立性测试303.1.2甲烷燃烧的化学动力学机理313.2计算结果与讨论323.2.1温度分析333.2.2速度与涡量分析343.2.3组分浓度分析363.2.4顶棚和窗口数据分析393.2.5流体Pr数对预测结果的影响413.3本章小结43参考文献45第4章含氮元素的火灾烟气数值模拟及毒性评价474.1研究背景474.2火灾烟气毒性评价模型494.3模拟设置5043.1火灾场景设置504.3.2热解气燃烧的简化机理504.3.3模拟结果与讨论5143.4烟气韋性评价544.4本章小结55参考文献57第5章结论与展望615.1主要工作内容与结论615.2工作展望62致谢63在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果65第1章绪论1.1引言人类文明开始以来就伴随着对火的敬爱与畏惧。

火灾是火的发展和蔓延失去控制的一种灾害性现象，火灾类型一般包括林火、建筑火灾、油类火、燃气及粉尘爆炸⑴引起火灾发生的原因多种多样，比如高温烘烤、电线短路、电路过热、吸烟、自燃等等随者世界经济的迅猛发展，人类物质水平提高，火灾发生的频率也越来越髙，带来的后果越来越严重，影响愈发恶劣⑴火灾是自然灾害中岀现频率最高的灾害之一，给人类的生产和生活带来极其恶劣的影响火灾是一个复杂的物理化学过程火灾过程中伴随着燃烧反应、材料热解、烟气流动、热量输运等复杂的问题，具有非线性的特征火灾产物成分复杂，往往具有强烈的毒性研究人员统计数据表明火灾中大部分人员遇害都是剧毒的火灾烟气导致的Q3】这些遇难人员中很大一部分没有直接接触着火房间，甚至与着火房间相距很远【2可火灾烟气的毒性是火灾的恶劣影响之一，烟气运动速度极快，严重的制约了火场中受灾人员消防逃生的机会随着现代工业与建筑材料的发展，高分子聚合物材料应用越来越广泛，从血导致了火灾烟气成分呈现出更加复杂和多元化的特征火灾科学的研究具有一定的难度在不同类型的火灾中，火势发展程度，火灾毒性产物浓度，逃生人员的位置与着火房间的距离以及有效逃生时间都是讨论火灾危险性的重要因索。

研究火灾的发生发展规律和防治方法具有重要意义虽然对火灾的防治是十分困难的，但是只有深入研究火灾的发展規律、掌握科学的防治方法才能够最大程度的避免灾害的发生和减少灾害所带来的损失⑴火灾科学研究最早以实验和基础理论研究为主，随着计算机技术的发展，计算机数值模拟已经成为火灾科学研究不可替代的重要手段之一相比传统的研究方法，采用计算机数值方法研究燃烧反应、火灾发展规律、火灾产物组分输运等行为的优势包括参数设置灵活、数据采集高效方便、节约成本、可重复性强等等，这些优势在大尺寸的火灾场景中更为明显火灾是由于燃烧失控导致的，火灾的燃烧反应以湍流燃烧为主湍流本身是一个未解决的难题，化学反应伴随着湍流脉动，使得湍流燃烧成为火灾学和燃烧学界一直以来的难题⑷燃烧是指燃料和氧化剂发生剧烈的化学反应，绝大部分的燃烧过程都是在气相系统中进行的燃烧过程是多种不同化学性质的组分相互。