《燃燒誘導(dǎo)爆炸》ppt課件

1、熄滅誘導(dǎo)爆炸熄滅誘導(dǎo)爆炸南京理工大學(xué)瞬態(tài)物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室范寶春 內(nèi)容 預(yù)混火焰的根本特征 預(yù)混火焰的數(shù)學(xué)描畫 火焰誘導(dǎo)爆炸過(guò)程 湍流熄滅的數(shù)值方法 一. 預(yù)混火焰的根本特性 1. 傳播性 2. 穩(wěn)定性 3. 緊縮性傳播性火焰構(gòu)造Arrhenius 定律反響速度，熄滅速度和傳播速度傳播機(jī)制 熄滅和爆轟exp()kmmakkkEAYRT 穩(wěn)定性穩(wěn)定性分類失穩(wěn)誘導(dǎo)的湍流及加速火焰RAYLEIGH-TAYLOR (RT)不穩(wěn)定不穩(wěn)定 重力重力(Taylor) 加速度加速度Rayleigh-taylor) 壓力梯度：激波壓力梯度：激波Richtmyer-Meshkov, Markstein), 稀疏波稀疏

2、波KELVIN-HOLMHOLTZ(KH)不穩(wěn)定不穩(wěn)定DARRIEUS-LANDAU不穩(wěn)定不穩(wěn)定 受熱膨脹受熱膨脹BAROCLINIC EFFECT 密度梯度于壓力梯度斜交密度梯度于壓力梯度斜交密度延續(xù)Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定Kelvin-Helmholtz 不穩(wěn)定Richtmyer-Meshkov-Markstein 不穩(wěn)定斜壓效應(yīng)火焰與反射波緊縮性20()1()fssuapxdutDdprlnppevCC Q1.熄滅是膨脹過(guò)程，引入熱性系數(shù)，描畫熄滅導(dǎo)致的膨脹功2.加速火焰誘導(dǎo)的緊縮作用，類似加速活塞，在流場(chǎng)中可以誘導(dǎo)激波。3.激波足夠強(qiáng)時(shí)，直接點(diǎn)燃可燃?xì)怏w，熄滅氣體的膨脹，將

3、化學(xué)能傳送給激波，使之自持，成為爆轟。其中21 ()fuDa 二. 預(yù)混火焰的數(shù)學(xué)描畫 Navier-Stokes 方程 低Mach數(shù)熄滅方程 Euler 方程0iiutxi jijijju uuftxxj iititiiiiijueqeuutxxx FkkikkikiiYY uY Vtxxi ji ji jp jii jjiuuxxk T qiifFkkkiiYC VDx 化學(xué)反響流的守恒方程N(yùn)-S方程21eDDtRu22222()()d Utxdyx 不穩(wěn)定性Stretching term Diffusion term uyx ()( )irkC tik x C ty eeeecRReec

4、RR層流湍流(一定是三維問(wèn)題)低速等壓熄滅22ijiieiDupMMDtxRx 21M 動(dòng)量方程無(wú)量綱化當(dāng)時(shí)0ipx壓力在空間沒(méi)有分布,即沒(méi)有壓力波的存在該方程是熄滅學(xué)的根本方程Euler Equations0iiutxijijiuuuptxx iiiiueeuptxx 0iiuDDtx0iiDupDtx0iiuDepDtx0DsDt守恒型非守恒型該方程是爆轟學(xué)的根本方程1. 方程不適定(不獨(dú)一)2. 不能描畫激波 0DsDt缺乏熵增機(jī)制3. 不能完全描畫熄滅,特別是無(wú)激波誘導(dǎo) 的熄滅或DDT過(guò)程缺乏分散機(jī)制,火焰加速機(jī)制1. 將激波視著流場(chǎng)內(nèi)邊境,解是獨(dú)一確定的. 激波裝配2. 離散時(shí)的數(shù)值

5、粘性,與離散差分方程對(duì)應(yīng) 的修正方程是一個(gè)粘性流方程 激波捕捉3. 討論加速熄滅時(shí),隨意選取反響參數(shù) 或用 于激波誘導(dǎo)的熄滅局限性運(yùn)用時(shí)的處置三.熄滅誘導(dǎo)爆炸DDT過(guò)程弱點(diǎn)火火焰失穩(wěn)湍流猝發(fā)火焰加速(湍流熄滅)誘導(dǎo)激波(爆炸, Deflagration)自爆炸爆炸放大(SWACER)構(gòu)成爆轟熄滅誘導(dǎo)爆炸過(guò)程與湍流有關(guān)。要準(zhǔn)確描畫該過(guò)程的細(xì)節(jié)，判別爆炸能否發(fā)生及其發(fā)活力制,還有待于湍流和湍流熄滅實(shí)際的開(kāi)展和完善. 四. 湍流熄滅的數(shù)值方法湍流湍流特性 1. 一種用N-S方程描畫的流動(dòng)景象 2. 不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性(方程已失穩(wěn))幾個(gè)問(wèn)題 1.能否經(jīng)過(guò)N-S方程直接模擬 精度、分辨率 DIRECT N

6、UMERICAL SIMULATION SPECTRAL THEORY VORTEX ELEMENT METHOD 2.能否用統(tǒng)計(jì)力學(xué)描畫 KOLMOGOROV CASCADE湍流問(wèn)題的解 1.濾波 LES RAV 2.封鎖問(wèn)題 4121010eRN湍流熄滅 湍流熄滅問(wèn)題非常復(fù)雜，同時(shí)也富有挑戰(zhàn)性 1.濾波時(shí)Arrhenius 公式帶來(lái)的困難 2.湍流脈動(dòng)和化學(xué)反響之間存在劇烈的非線性耦協(xié)作用 勝利的湍流熄滅模型 可以思索恣意詳細(xì)的化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)機(jī)理 合理的解耦湍流脈動(dòng)和化學(xué)反響的非線性耦合早期熄滅模型及其缺陷直接封鎖渦旋破碎模型 Eddy Break-Up基于唯象的假設(shè)經(jīng)典PDF模型 假定P

7、DF分布,截尾正態(tài)分布 預(yù)混湍流熄滅模型 模型 分散湍流熄滅模型k- -g模型缺陷：不能思索詳細(xì)化學(xué)反響 不能識(shí)別反響系統(tǒng)kfg0iiutxi jijijju uuftxxj iititiiiiijueqeuutxxx FkkikkikiiYY uY Vtxxi ji ji jp jii jjiuuxxk T qiifFkkkiiYC VDx 基于基元反響的湍流熄滅數(shù)值方法雙尺度計(jì)算時(shí)采用兩套網(wǎng)格: 1.大尺度(supergrid)主網(wǎng)格,用 LES求解 N-S方程(白色) 2.小尺度(subgrid) 亞網(wǎng)格, 直接模擬(LEM)求解基于Arrhenius定律的組元守恒方程(黃色)主網(wǎng)格中的

8、LES Decomposition of flow field Supergrid scale component Solved directly Subgrid scale component modeled Low-pass filtering ( , )() ( , )iiiiif x tG xxf x t dx1/0ixVGotherwiseBox filterffFaver spatial filtering0iiutx()0sgsiijijijijjuuuptx ()0sgssgsttjjiijjjjeep uquHtxLES Equation sgsijijijuuu u sgs

9、iititiiHeueupupu sgsjijiiijuuUnclosed subgrid termsSubgrid stress tensorSubgrid heat fluxUnsolved viscous workSubgrid ClosuresgsiPrsgssgstithHt 22sgsijijCSSS SNeglected1. Smagorinsk eddy viscosity model12()2jsgssgsiijtijijjiuuSSxx 1/2221()(2sgssgssgstkkC kkuu 2.Dynamic eddy viscosity model3.Subgrid

10、kinetic energy model4.Dynamic subgrid kinetic energy modelsgskEquation亞網(wǎng)格中的直接模擬()kkikkiiiYY uYDtxxxexp()kmmakkkEAYRTiiuuu,()kkikk stirkiiiYY uYFDtxxx,ikk stiriuYFx The concentration isopleths and concentration profile Schematic illustration of the effect of a eddy on a two dimensional scale field with a initially uniform concentration gradient Turbulent combustionBlock inversion modelBlock center yInterval of inversion lEvent frequency l