高效、高精度氣體非灰輻射模型的研究.pdf

1、輻射換熱常常是燃燒系統(tǒng)和各類火焰中主要的換熱方式,因此引起了廣泛的注意。熱輻射為揭示各類狀態(tài)提供了多種方式,如輻射檢測信號等。然而,由于輻射強(qiáng)度一方面依賴于空間和角度影響,另一方面如H2O、CO2等氣體的吸收系數(shù)隨波數(shù)劇烈變化,這導(dǎo)致很難準(zhǔn)確模擬輻射換熱問題。自19世紀(jì)50年代,輻射模型的研究已經(jīng)引起了各國學(xué)者的注意。最近20年,發(fā)展了各類精確、有效的氣體非灰模型,但目前還有待提高模型對氣體混合物、氣固混合物的處理能力。所以,本文旨在進(jìn)

2、一步發(fā)展已有模型,提高計(jì)算精度和效率,并將其應(yīng)用于燃燒模擬中。具體工作如下:
　　本文首先基于統(tǒng)計(jì)窄譜帶模型和統(tǒng)計(jì)窄譜帶關(guān)聯(lián)K模型,研究了水蒸氣、二氧化碳和煙黑的輻射熱源分布和光譜強(qiáng)度變化情況,同時(shí)考察煙黑顆粒對氣體壁面熱流的影響,得到了氣體的平均普朗克吸收系數(shù)。
　　基于各個(gè)版本的氣體譜線數(shù)據(jù)庫,采用逐線法考察了一維平行平板間氣體輻射換熱情況。針對不同介質(zhì)濃度和溫度分布,考察各個(gè)數(shù)據(jù)庫的性能。同時(shí),也采用了統(tǒng)計(jì)窄譜帶模型,

3、通過逐線法結(jié)果來檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)窄譜帶模型譜帶參數(shù)的準(zhǔn)確性。研究顯示,光譜數(shù)據(jù)庫的選擇對逐線法精度的影響很大。研究還顯示,不論是輻射熱源還是壁面熱流,統(tǒng)計(jì)窄譜帶模型計(jì)算結(jié)果都與基于HITEMP2010數(shù)據(jù)庫的逐線法結(jié)果吻合的非常好。
　　將逐線法和統(tǒng)計(jì)窄譜帶關(guān)聯(lián)K模型結(jié)合離散坐標(biāo)法應(yīng)用到二維含有邊界的氣體介質(zhì)的輻射傳遞過程求解。發(fā)展了二維矩形區(qū)域基準(zhǔn)解,并為多維系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)窄譜帶關(guān)聯(lián)K模型的可用性提供依據(jù)。
　　基于最新光譜數(shù)據(jù)庫,首

4、次得到了水蒸氣和二氧化碳的吸收線黑體分布數(shù)據(jù)庫。利用該數(shù)據(jù)庫,將本征正交分解(POD)法應(yīng)用到氣體輻射參數(shù)求取中,另外還提出了一個(gè)全新的雙曲線關(guān)聯(lián)式(HC)?；诖?發(fā)展POD-SLW模型。
　　發(fā)展逐線法求取窄譜帶透射率,進(jìn)一步檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)窄譜帶模型的準(zhǔn)確度;發(fā)展逐線法和統(tǒng)計(jì)窄譜帶模型關(guān)于普朗克平均吸收系數(shù)新公式,糾正以往文獻(xiàn)中的錯(cuò)誤解,并將其應(yīng)用到二維軸對稱擴(kuò)散火焰模擬中,考察輻射在不同重力加速度下對火焰結(jié)構(gòu)、煙黑形成的影響。