有限容積-Monte Carlo混合算法求解湍流燃燒的PDF方程.pdf

1、湍流燃燒數(shù)值模擬的概率密度函數(shù)方法求解的是流場(chǎng)中單點(diǎn)聯(lián)合概率密度函數(shù)(PDF)方程,在這個(gè)方程中,需要模擬的只是與脈動(dòng)壓力梯度、粘性應(yīng)力張量及分子擴(kuò)散有關(guān)的項(xiàng),而對(duì)流項(xiàng)和化學(xué)反應(yīng)項(xiàng)是封閉的,因此在研究湍流與化學(xué)反應(yīng)相互作用上具有突出的優(yōu)勢(shì).從工程應(yīng)用角度看,概率密度函數(shù)方法是研究湍流燃燒過程中污染物的排放,燃燒裝置點(diǎn)火,熄火等重要問題的有力工具.將概率密度函數(shù)方法應(yīng)用于工程計(jì)算,需要解決三個(gè)問題.其中減小計(jì)算量是最主要的問題.選擇先進(jìn)的

2、求解PDF方程的算法是提高計(jì)算效率的關(guān)鍵.單獨(dú)用Monte Carlo方法求解封閉的PDF方程的算法計(jì)算效率較低,難以滿足工程計(jì)算的要求,而將統(tǒng)計(jì)矩方法和PDF方法相結(jié)合的混合算法吸收了統(tǒng)計(jì)矩方法高效、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),具有良好的工程應(yīng)用前景.另外,PDF方程中化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)是封閉的,原則上可以通過直接積分詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)速率方程組得到化學(xué)熱力學(xué)參數(shù)的概率密度函數(shù),但是詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理中包含大量組分和幾百個(gè)基元反應(yīng),不同基元反應(yīng)的時(shí)間尺度往往相

3、差幾個(gè)數(shù)量級(jí),方程組剛性問題嚴(yán)重,求解困難且計(jì)算量巨大.因此要尋求提高化學(xué)反應(yīng)計(jì)算效率的方法.第二個(gè)問題是工程實(shí)際問題往往有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),目前缺少將PDF方法運(yùn)用于復(fù)雜計(jì)算區(qū)域的通用程序.第三個(gè)問題是模型的優(yōu)化問題,發(fā)展更復(fù)雜和精細(xì)的模型能夠更好的反映真實(shí)的物理過程.該研究致力于將概率密度函數(shù)方法推廣到工程應(yīng)用中去,著重研究前兩個(gè)問題的解決方案.為此,我們?cè)跓o結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中發(fā)展PDF方法中目前最先進(jìn)的混合算法HYB2D,并將PDF方法和計(jì)