《燃燒誘導(dǎo)爆炸》

燃燒誘導(dǎo)爆炸南京理工大學(xué)瞬態(tài)物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室范寶春精選課件內(nèi)容預(yù)混火焰的基本特征預(yù)混火焰的數(shù)學(xué)描述火焰誘導(dǎo)爆炸過(guò)程湍流燃燒的數(shù)值方法精選課件一.預(yù)混火焰的基本特性1.傳播性2.穩(wěn)定性3.壓縮性精選課件傳播性火焰結(jié)構(gòu)Arrhenius定律反應(yīng)速度，燃燒速度和傳播速度傳播機(jī)制燃燒和爆轟精選課件

穩(wěn)定性穩(wěn)定性分類(lèi)失穩(wěn)誘導(dǎo)的湍流及加速火焰RAYLEIGH-TAYLOR(RT)不穩(wěn)定重力(Taylor)加速度（Rayleigh-taylor)壓力梯度：激波（Richtmyer-Meshkov,Markstein),稀疏波KELVIN-HOLMHOLTZ(KH)不穩(wěn)定DARRIEUS-LANDAU不穩(wěn)定受熱膨脹BAROCLINICEFFECT密度梯度于壓力梯度斜交密度間斷精選課件Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定精選課件Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定精選課件Richtmyer-Meshkov-Markstein不穩(wěn)定精選課件斜壓效應(yīng)火焰與反射波精選課件壓縮性1.燃燒是膨脹過(guò)程，引入熱性系數(shù)，描述燃燒導(dǎo)致的膨脹功2.加速火焰誘導(dǎo)的壓縮作用，類(lèi)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，燃燒氣體的膨脹，將化學(xué)能傳遞給激波，使之自持，成為爆轟。其中精選課件二.預(yù)混火焰的數(shù)學(xué)描述Navier-Stokes方程低Mach數(shù)燃燒方程Euler方程精選課件化學(xué)反應(yīng)流的守恒方程（N-S方程）精選課件不穩(wěn)定性StretchingtermDiffusionterm層流湍流(一定是三維問(wèn)題)精選課件低速等壓燃燒動(dòng)量方程無(wú)量綱化當(dāng)時(shí)壓力在空間沒(méi)有分布,即沒(méi)有壓力波的存在該方程是燃燒學(xué)的基本方程精選課件EulerEquations守恒型非守恒型該方程是爆轟學(xué)的基本方程精選課件1.方程不適定(不唯一)2.不能描述激波缺乏熵增機(jī)制3.不能完全描述燃燒,特別是無(wú)激波誘導(dǎo)的燃燒或DDT過(guò)程缺乏擴(kuò)散機(jī)制,火焰加速機(jī)制1.將激波視著流場(chǎng)內(nèi)邊界,解是唯一確定的.激波裝配2.離散時(shí)的數(shù)值粘性,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.討論加速燃燒時(shí),隨意選取反應(yīng)參數(shù)或用于激波誘導(dǎo)的燃燒局限性應(yīng)用時(shí)的處理精選課件三.燃燒誘導(dǎo)爆炸精選課件DDT過(guò)程弱點(diǎn)火火焰失穩(wěn)湍流猝發(fā)火焰加速(湍流燃燒)誘導(dǎo)激波(爆炸,Deflagration)自爆炸爆炸放大(SWACER)形成爆轟精選課件燃燒誘導(dǎo)爆炸過(guò)程與湍流有關(guān)。要準(zhǔn)確描述該過(guò)程的細(xì)節(jié)，判斷爆炸能否發(fā)生及其發(fā)生機(jī)制,還有待于湍流和湍流燃燒理論的發(fā)展和完善.

精選課件四.湍流燃燒的數(shù)值方法精選課件湍流湍流特性1.一種用N-S方程描述的流動(dòng)現(xiàn)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.能否通過(guò)N-S方程直接模擬精度、分辨率DIRECTNUMERICALSIMULATIONSPECTRALTHEORYVORTEXELEMENTMETHOD2.能否用統(tǒng)計(jì)力學(xué)描述KOLMOGOROVCASCADE湍流問(wèn)題的解1.濾波LESRAV2.封閉問(wèn)題

精選課件湍流燃燒湍流燃燒問(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)反應(yīng)之間存在強(qiáng)烈的非線性耦合作用成功的湍流燃燒模型

能夠考慮任意詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理合理的解耦湍流脈動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)的非線性耦合精選課件早期燃燒模型及其缺陷直接封閉渦旋破碎模型（

EddyBreak-Up）基于唯象的假設(shè)經(jīng)典PDF模型假定PDF分布,截尾正態(tài)分布預(yù)混湍流燃燒模型模型擴(kuò)散湍流燃燒模型k--g模型缺陷：不能考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)不能識(shí)別反應(yīng)系統(tǒng)精選課件基于基元反應(yīng)的湍流燃燒數(shù)值方法精選課件雙尺度計(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)精選課件主網(wǎng)格中的LESDecompositionofflowfield

SupergridscalecomponentSolveddirectly

SubgridscalecomponentmodeledLow-passfiltering

BoxfilterFaverspatialfiltering精選課件LESEquationUnclosedsubgridtermsSubgridstresstensorSubgridheatfluxUnsolvedviscouswork精選課件SubgridClosureNeglected1.Smagorinskeddyviscositymodel2.Dynamiceddyviscositymodel3.Subgridkineticenergymodel4.DynamicsubgridkineticenergymodelEquation精選課件亞網(wǎng)格中的直接模擬

精選課件Theconcentrationisoplethsandconcentrationprofile

SchematicillustrationoftheeffectofaeddyonatwodimensionalscalefieldwithainitiallyuniformconcentrationgradientTurbulentcombustion精選課件BlockinversionmodelBlockcenteryIntervalofinversionlEventfrequencyl精選課件用隨機(jī)翻轉(zhuǎn)描述湍流脈動(dòng)導(dǎo)致的擴(kuò)散這種描述需解決4個(gè)問(wèn)題