《燃烧诱导爆炸》

燃烧诱导爆炸南京理工大学瞬态物理重点实验室范宝春精选课件内容预混火焰的基本特征预混火焰的数学描述火焰诱导爆炸过程湍流燃烧的数值方法精选课件一.预混火焰的基本特性1.传播性2.稳定性3.压缩性精选课件传播性火焰结构Arrhenius定律反应速度，燃烧速度和传播速度传播机制燃烧和爆轰精选课件

稳定性稳定性分类失稳诱导的湍流及加速火焰RAYLEIGH-TAYLOR(RT)不稳定重力(Taylor)加速度（Rayleigh-taylor)压力梯度：激波（Richtmyer-Meshkov,Markstein),稀疏波KELVIN-HOLMHOLTZ(KH)不稳定DARRIEUS-LANDAU不稳定受热膨胀BAROCLINICEFFECT密度梯度于压力梯度斜交密度间断精选课件Rayleigh-Taylor不稳定精选课件Kelvin-Helmholtz不稳定精选课件Richtmyer-Meshkov-Markstein不稳定精选课件斜压效应火焰与反射波精选课件压缩性1.燃烧是膨胀过程，引入热性系数，描述燃烧导致的膨胀功2.加速火焰诱导的压缩作用，类似加速活塞，在流场中可以诱导激波。3.激波足够强时，直接点燃可燃气体，燃烧气体的膨胀，将化学能传递给激波，使之自持，成为爆轰。其中精选课件二.预混火焰的数学描述Navier-Stokes方程低Mach数燃烧方程Euler方程精选课件化学反应流的守恒方程（N-S方程）精选课件不稳定性StretchingtermDiffusionterm层流湍流(一定是三维问题)精选课件低速等压燃烧动量方程无量纲化当时压力在空间没有分布,即没有压力波的存在该方程是燃烧学的基本方程精选课件EulerEquations守恒型非守恒型该方程是爆轰学的基本方程精选课件1.方程不适定(不唯一)2.不能描述激波缺乏熵增机制3.不能完全描述燃烧,特别是无激波诱导的燃烧或DDT过程缺乏扩散机制,火焰加速机制1.将激波视着流场内边界,解是唯一确定的.激波装配2.离散时的数值粘性,与离散差分方程对应的修正方程是一个粘性流方程激波捕捉3.讨论加速燃烧时,随意选取反应参数或用于激波诱导的燃烧局限性应用时的处理精选课件三.燃烧诱导爆炸精选课件DDT过程弱点火火焰失稳湍流猝发火焰加速(湍流燃烧)诱导激波(爆炸,Deflagration)自爆炸爆炸放大(SWACER)形成爆轰精选课件燃烧诱导爆炸过程与湍流有关。要准确描述该过程的细节，判断爆炸能否发生及其发生机制,还有待于湍流和湍流燃烧理论的发展和完善.

精选课件四.湍流燃烧的数值方法精选课件湍流湍流特性1.一种用N-S方程描述的流动现象2.不可预测的随机性(方程已失稳)几个问题1.能否通过N-S方程直接模拟精度、分辨率DIRECTNUMERICALSIMULATIONSPECTRALTHEORYVORTEXELEMENTMETHOD2.能否用统计力学描述KOLMOGOROVCASCADE湍流问题的解1.滤波LESRAV2.封闭问题

精选课件湍流燃烧湍流燃烧问题非常复杂，同时也富有挑战性1.滤波时Arrhenius公式带来的困难2.湍流脉动和化学反应之间存在强烈的非线性耦合作用成功的湍流燃烧模型

能够考虑任意详细的化学反应动力学机理合理的解耦湍流脉动和化学反应的非线性耦合精选课件早期燃烧模型及其缺陷直接封闭涡旋破碎模型（

EddyBreak-Up）基于唯象的假设经典PDF模型假定PDF分布,截尾正态分布预混湍流燃烧模型模型扩散湍流燃烧模型k--g模型缺陷：不能考虑详细化学反应不能识别反应系统精选课件基于基元反应的湍流燃烧数值方法精选课件双尺度计算时采用两套网格:1.大尺度(supergrid)主网格,用LES求解N-S方程(白色)2.小尺度(subgrid)亚网格,直接模拟(LEM)求解基于Arrhenius定律的组元守恒方程(黄色)精选课件主网格中的LESDecompositionofflowfield

SupergridscalecomponentSolveddirectly

SubgridscalecomponentmodeledLow-passfiltering

BoxfilterFaverspatialfiltering精选课件LESEquationUnclosedsubgridtermsSubgridstresstensorSubgridheatfluxUnsolvedviscouswork精选课件SubgridClosureNeglected1.Smagorinskeddyviscositymodel2.Dynamiceddyviscositymodel3.Subgridkineticenergymodel4.DynamicsubgridkineticenergymodelEquation精选课件亚网格中的直接模拟

精选课件Theconcentrationisoplethsandconcentrationprofile

SchematicillustrationoftheeffectofaeddyonatwodimensionalscalefieldwithainitiallyuniformconcentrationgradientTurbulentcombustion精选课件BlockinversionmodelBlockcenteryIntervalofinversionlEventfrequencyl精选课件用随机翻转描述湍流脉动导致的扩散这种描述需解决4个问题