基于MMC模型的稀疏拉格朗日模擬研究.pdf

1、湍流燃燒過(guò)程廣泛地存在于燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)中。由于燃燒過(guò)程在很大程度上控制著燃料的消耗和污染物的排放，有關(guān)燃燒過(guò)程的研究依然是能源和環(huán)境研究中的重點(diǎn)。燃燒設(shè)備中燃燒主要以湍流燃燒的形式出現(xiàn)，因而對(duì)湍流燃燒控制問(wèn)題的研究具有重要意義。
　　湍流燃燒的數(shù)值模擬是研究燃燒問(wèn)題的重要手段之一。將LES與PDF方法結(jié)合起來(lái)發(fā)展的LES/PDF方法，即使用LES求解速度場(chǎng)同時(shí)由PDF方法求解標(biāo)量場(chǎng)的耦合方法來(lái)計(jì)算湍流燃燒問(wèn)題，該方法兼具LES和

2、PDF方法的優(yōu)點(diǎn)而成為近年的研究熱點(diǎn)。
　　大渦模擬(LES)方法可以直接求解湍流的大尺度信息，而小尺度信息由亞格子模型模化，但此時(shí)過(guò)濾后的組分方程中，化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)仍需燃燒模型進(jìn)行?；?。該方法以其遠(yuǎn)小于DNS方法的計(jì)算量和高于RANS的精度得到了廣泛應(yīng)用。
　　PDF方法通過(guò)求解PDF輸運(yùn)方程來(lái)獲知湍流場(chǎng)中物理量的單點(diǎn)單時(shí)間統(tǒng)計(jì)信息。對(duì)于湍流燃燒問(wèn)題，出現(xiàn)在PDF輸運(yùn)方程中的化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)是封閉的，不存在任何假設(shè)。因此PDF方

3、法是相對(duì)通用的湍流燃燒模型，能夠模擬任意詳細(xì)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
　　但傳統(tǒng)的PDF方法使用密集顆粒的拉格朗日模擬求解，計(jì)算量仍然巨大，不利于使用。發(fā)展基于MMC模型（多維條件映射模型）的稀疏拉格朗日模擬，可大幅降低PDF方法的計(jì)算量。但MMC模型中使用的參考空間特征尺度的選取還沒(méi)有合適的準(zhǔn)則，導(dǎo)致其使用受到限制。
　　根據(jù)MMC模型對(duì)標(biāo)量梯度較大的剪切層作用較為明顯的特性，同時(shí)考慮顆粒數(shù)密度變化帶來(lái)的影響，本文據(jù)此提出一個(gè)稀