H_2_N_2同轴喷射湍流火焰的数值研究
PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟
ｍｉ ｉ ｇ ｐ ｇ ｅ ｓ ｌ ｙ ａｄ ｍｉ ａ ｔ ｌ ｎ ｃ ｍ ｂ ｓｉ ｎｐ ｃ ｓ ｎ ａ ｅｓｒ ｃｕ ｅｎ ａ ｅｆ ｍｅ ｓ ｒａ ｅ ｘ ｎ ｒ ｒ ｓ ａ ｏ ｎ ｎ ｅ ｏ ｏ ｕ ｔ ｒ ｅ ｓａ ｄ ｆ ｍ ｔｕ ｔ ｒ ｅ ｒ ｈ ａ ｕ ｆ ｃ ，ｗｈ ｒ ｅｔ ｃ ｌ ｆｆ ｗ ｏ ｏ ｐ ｏ ｒ ｏ ｏ ｌ ｔ ｌ ｅ ｔ ｉ ｓ ａｅ ｏ ｏ ｉ ｃ ｍ－ ｅ ｈ ｍｅ ｌ ｓ ｐ ｒ ｂ ｅｔ ｆ ｏ ｕ ｔ ｎ ｈ ｅａ ａｙ ｉ ａ ｅ ｎＰ Ｓ ｍ ｏ ｅ ｏ ｓｓｅ ｔ ｌ ｗｉ ｅ ｆ ｍｅｖ ｒｅ ｔｒ ｃ ｉｎ ｓ ｅ ｔａ ｉｇ ａ ｉ ｅｔ ｒ ａ ａ ｌ ｉ ｏ ｃ ｍｂ ｓｉ ．Ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｄ ｏ ａ Ｒ ｄ ｌ ｓ ｎ ｉｔｎ ｌ ｔ ｔ ａ ／ ｏ ｔ ｘ ｉ ｅ ａ ｔ ｃ ｒ ｌ ａ ｒ ｍ ｔ ｕ － ｏ ｔ ｏ ｂ ｉｃ ｗｅ ｈ ｈ ｌ ｎ ｏ ｐ ｄ ｎｈ
Ｎｕ ｒ ｃ ｌ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｙ ｉ ａ ｒ ｌ ｎ ｅ ａ ｓｂ ａ Ｒ ｏ ｅ ｍｅ ｉ ａ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｃ ｌ Ｓ Ｔ Ｔｕ ｂｕ ｅ ｔ ｔ Ｊ Ｆｌ ｍｅ ｙ Ｐ Ｓ Ｍ ｄ ｌ ＨＵＡＮＧ ｉ Ｗｅ ，ＺＨＡＯ ｉ ｇ ｈ ｉ Ｐ ｎ － ｕ ，ＹＥ Ｔ ｏ ｈ ｇ ａ—ｕ ｎ
湍流燃烧火焰面模式理论及应用(孙明波,白雪松,王振国著)PPT模板
0 5
2.5湍流预混 燃烧算例验证
0 6
2.6带自点火 特性的预混火 焰传播模型
第2章湍流预混燃 烧
参考文献
第2章湍流预混燃烧
2.1层流预混火焰
2.1.1层流 预混火焰结 构
2.1.2层流 预混火焰温 度
第2章湍流预混燃烧
2.2湍流预混火焰
0 1 2.2.1湍流预混火焰的基本性质
02
2.2.2湍流脉动与火焰的相互作 用
第1章湍流燃烧及其数值模拟概述
1.1湍流燃烧基本特性
1.1.1湍流 的基本特 性
1.1.2湍流 燃烧的特 点
第1章湍流燃烧及 其数值模拟概述
1.2化学反应流的数学描 述
1
1.2.1化学反应流控制方程
2
1.2.2化学反应机理及反应速率
第1章湍流燃烧及 其数值模拟概述
1.3湍流燃烧模拟的一般方 法
2.4.4G方程 和C方程比较
第2章湍流预混燃烧
2.5湍流预混燃烧算例验证
1
2.5.1均匀各向同性湍流中的火 焰核增长
2
2.5.2三角棱柱火焰稳定器的燃 烧模拟
3
2.5.3低旋流燃烧器的火焰稳定
4
2.5.4本生灯的火焰形状
第2章湍流预混燃烧
2.6带自点火特性的预混火焰传播模型
2.6.1预混 火焰自点火 耦合模型
n解和化学 平衡解
04
03
3.2.4火焰面结构的 渐近解
3.2.3详细化学反应 机理对层流扩散火 焰的影响
第3章扩散燃烧
3.3湍流扩散燃烧火焰面模型
01 3 .3 .1 扩散火焰 面模 02 3 .3 .2 火焰面模 型方
型合理性验证
湍流燃烧模型-PDF
PDF 模型概率密度函数PDF方法以随机的观点来对待湍流问题，对解决湍流化学反应流的问题具有很强的优势。
在湍流燃烧中存在一些非输运量( 如反应速率, 密度, 温度及气相体积分数等) 的湍流封闭问题。
尽管这些量没有输运方程, 但它们常常是输运变量的已知函数。
平均或者过滤高度非线性的化学反应源项会引起方程的封闭问题。
因此，用PDF的方法来解决这些非输运量的湍流封闭问题显然是一个既简单又直接的途径。
PDF方法是一种较为流行的湍流燃烧模型，能够较为精确的模拟任何详细的化学动力学过程, 适用于预混、非预混和部分预混的任何燃烧问题。
目前, 确定输运变量脉动概率密度函数的方法有输运方程和简化假定两种, 分别称之为输运方程的PDF和简化的PDF。
前者建立输运变量脉动的概率密度输运方程，通过求解该方程来获得输运变量脉动的概率分布。
后者假定输运变量脉动的概率密度函数的具体形式, 通过确定其中的一些待定参数来获得输运变量脉动的概率分布。
湍流燃烧中, 后者应用最为普遍和广泛。
在简化的PDF 中, 输运变量脉动的概率密度函数常常采用双 D 分布、截尾高斯分布和B 函数分布等形式。
PDF在理论上可以精确考虑任意详细的化学反应机理，但是其具体求解时需借助其它的模型和算法，而且计算量相对较大。
PDF的方程是由N-S方程推导而来，其中的化学反应源项是封闭的，但压力脉动梯度项以及分子粘性和分子扩散引起的PDF的分子输运项是不封闭的，需要引入模型加以封闭。
例如，在速度- 标量-湍流频率PDF中，必须采用小尺度混合模型、随机速度模型和湍流频率模型加以封闭。
模化后的输运方程难以用有限容积、有限差分和有限元等方法来求解，比较可行的一种方法是蒙特卡洛(MonteCarlo)方法,在该方法中输运方程被转化为拉格朗日(Lagrangian)方程,流体由大量遵循Lagrang ian方程的随机粒子的系统来描述, 最后对粒子作统计平均得到流场物理量和各阶统计矩。
Fe(OH)2在湍流扩散火焰中抑制效果的CMC模拟研究
采用数值 模拟 的方法来 模拟 灭火 添加剂 与火焰 面的
相互作 用 ， 中湍 流模 型使 用 Ｆ ＵＥ 其 Ｌ ＮＴ 的 ｋ 模 ～￡
型， 而燃 烧模 型使用条 件矩 封闭 （ ＭＣ 模 型 。 Ｃ ）
１ 数 学模 型
Ｃ ＭＣ模 型 由 Ｂｌｅ ｉ ｒ和 Ｋｌ ｎ ｏ分 别 用 不 同 ｇ ］
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７ ０ ７ ５ ８ ６９ ）
作者简介 ： 郑景川（ ９ ５）男 ， １ ８一 ， 中国科学技术大学火灾科学 国家重点实验室硕士研究生 。研究方 向为计算机数值模拟 。
１１ ５
Ｃ ： —— ———— ————— ——— ————— 一 ：———— ———— ——— — ————— —— ———— ————— — ————— ——．—
通讯作者 ： 蒋勇 ， 副教授 、 硕士生导师 ， － ｉ ￣ ｉ ｇ ｓｃｅｕ Ｃ． Ｅ ｍａ ： ｊ ｎ ＠ｕｔ．ｄ ． ｒ ｌ ａ １
Ｖｏ． ９Ｎｏ ３ １１ ．
ａ Ｑ，
郑景 川 ， ： ｅ ＯＨ） 湍流扩散 火焰 中抑 制效 果 的 Ｃ 等 Ｆ（ 在 ＭＣ模 拟研 究
Ｑ 一 １
第 １卷 第 ３ ９ 期 ２０ｔ０年 ７月
火
灾
科
学
Ｖｏ． ９ Ｎｏ ３ １１ ， ．
ＦＩ ＲＥ ＡＦＥＴＹ ＣＩ Ｓ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｊ １ ｕ．２ｏ １ｏ
文章编 号 ：０ ４５ ０ （ ０ ０ 一 １ ００ １ ０ —３ ９ ２ １ ）０ ５—８
Ｆ（ ｅＯＨ） 在湍流扩散火焰 中抑制效果 的 Ｃ ２ ＭＣ模拟研究
多孔介质燃烧_换热器内燃烧和传热的数值模拟
第 25卷第 6期 2010年 11月热能动力工程J OURNAL OF ENG I N EER ING FOR THERMA L ENERGY AND POW ER Vo. l 25, No . 6N ov . , 2010收稿日期 :2009-09-23; 修订日期 :2010-02-25基金项目 :辽宁省教育厅科学研究计划基金资助项目 (2008491; 辽宁省博士启动基金资助项目 (20081073; 国家自然科学基金资助项目(50476073(, , .文章编号 :1001-2060(2010 06-0648-05多孔介质燃烧 -换热器内燃烧和传热的数值模拟徐有宁 1, 史俊瑞 1, 解茂昭 2, 薛治家1(1. 沈阳工程学院沈阳市循环流化床燃烧技术重点试验室 , 辽宁沈阳 110136;2. 大连理工大学能源与动力学院 , 辽宁大连 116024摘要 :通过建立二维数值模型研究了多孔介质燃烧 -换热器内的燃烧和传热。
研究系统配置对燃烧 -换热器热效率和压力降的影响。
结果表明 , 换热管的纵向距离对燃烧器内温度分布、传热速率和压力损失有显著的影响。
减小换热管纵向距离 , 热效率和压力损失增大 , 而换热管的水平距离对热效率和压力损失的影响很小。
另外 , 增大小球直径导致热效率增大和压力损失的急剧减小。
数值模型的有效性通过实验进行验证。
关键词 :多孔介质 ; 燃烧换热器 ; 二维单温模型 ; 传热 ;压力损失 ; 温度中图分类号 :TK411. 1 文献标识码 :A引言将多孔介质燃烧器和换热器集成于一体的多孔介质燃烧 -换热器 , 具有功率调节范围大、结构紧凑、热效率高和污染物排放低等优点[1~3]。
Tri m i s和 Durst 设计的多孔介质燃烧 -换热器 [1], 比同功率常规换热器体积缩小了 20倍 , 负荷调节为 1 20, 在过量空气系数为 1. 1~1. 8时 , 烟气排放中 CO 体积分数小于 10-5, NO x 体积分数为 (2~20 10-6。
氢气-空气预混火焰传播特性的数值模拟研究
体 ，开展 了该混合气体预混火焰在光管 中的传播加 涡耗 散 概念 ）燃 烧模 型 。利用 Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ格式 对 氢气 ／
速 过程 的实 验 研 究并 以此 分析 光 管 中影 响 火焰 加 速 空 气 预 混 火 焰 在 光 管 中传 播 特 性 进 行 二 维 数 值 模 过程 的主要 因素 。对 乙烯 的实 验结 果 显示 ， 初 始压 力
１ 数 值 模 拟
１ ． １ 控 制方 程
程分为四个 阶段 ，最后所获得 的的实验和数值结果 较为吻合。Ｂ ｙ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ ｍ 等通过采用 Ｃ ｌ ａ ｎ ｅ ｔ ［ ５ １ 提出火焰加 速机理 ，开展了有关丙烷 一空气 预混火焰在 管道 中
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ０ ２ 基金项 目： 中央高校基本科研业务费专项资金（ 编号 ： Ｚ Ｘ Ｈ ２ ０ １ ２ Ｊ ０ ０ １ ）
理方 面 开展 了一 定 的研 究 ， 但仍 有改 善 的空 间 。在 国 外， Ｔ ｈ ｏ ｍａ ｓ ［ 等 针 对 氢气 ／ 空气 和乙烯 ／ 空 气 混 合 气 基 于此 ， 本 文应 用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ流场 计 算 软 件 ， 基 于
标准 湍 流 五 一 模 型和 Ｅ Ｄ Ｃ （ Ｅ ｄ ｄ ｙ — ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｐ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ，
《 装备制造技术） ２ ０ １ ３ 年第 １ １ 期
氢气 一空气预 混火焰传 播特性 的数值模拟研究
李 书明 ，张旭 龙 ， 程关兵
（ 中国民航大学航空工程学院 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ０ ０ ）
摘 要： 应用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 流体计算软件 ， 基 于标 准湍流 一 ｇ模型 和 Ｅ ＤＣ 燃烧模 型， 采用 Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ格式算法对常温常压下对常 温 常压 下氢气 ／空气预混 火焰在 光滑管道 ｑ － 的传播 特性进行二 维数值 模拟 ， 获得 火焰传播速度 、 火焰结构 、 表 面积 、 火 焰到达位置 和时刻沿管道变化情况。结果表 明 ： 火焰传播速度先增加后逐渐减 小。在 离点火端 １ ０ ５ ｍｍ 处到达最大值 ，
燃烧流体力学研究中的火焰速度分析
燃烧流体力学研究中的火焰速度分析引言燃烧是一种常见的物理现象，涉及到能量转化和物质变化。
在许多领域中，对火焰速度进行准确的分析和研究非常重要。
在燃烧流体力学研究中，火焰速度是一个关键参数，它描述了燃烧过程中火焰前进的速度。
本文将对火焰速度的分析进行探讨，并介绍在燃烧流体力学研究中常用的方法和工具。
火焰速度的定义火焰速度是指火焰前进的速度，通常用单位时间内火焰穿过的距离来表示。
可以通过实验或数值模拟的方法来测量或计算火焰速度。
火焰速度受到许多因素的影响，包括燃料的种类和浓度、氧浓度、温度和压力等。
燃烧模型和火焰速度在燃烧流体力学研究中，常常使用不同的燃烧模型来描述火焰的行为。
其中一个常用的模型是层流预混燃烧模型。
在这个模型中，燃料和氧气在燃烧前已经混合在一起形成一个预混合气体。
火焰的传播速度可以通过热扩散和质量扩散的作用来解释。
另一个常用的模型是湍流燃烧模型，它描述了火焰在湍流环境中的传播速度。
湍流燃烧模型通常包括更复杂的物理和化学过程，如湍流运动和化学反应。
火焰速度的测量方法火焰速度的测量可以通过实验或数值模拟来进行。
实验测量方法包括火焰传播实验和高速摄像实验。
火焰传播实验可以通过在一个闭合的容器中点燃燃料混合物，并测量火焰前进的距离来进行。
高速摄像实验可以通过使用高速摄像仪记录火焰传播的过程，并根据图像数据计算出火焰速度。
数值模拟方法包括使用计算流体力学（CFD）软件进行模拟和使用化学动力学模型进行计算。
CFD模拟可以通过数值求解流体力学方程和燃烧方程来得到火焰速度的分布。
化学动力学模型可以通过求解燃烧反应的速率方程来计算火焰速度。
火焰速度的影响因素火焰速度受到许多因素的影响，下面将介绍一些重要的影响因素：燃料种类和浓度不同燃料的燃烧特性不同，因此其火焰速度也会有所差异。
燃料浓度对火焰速度也有显著影响，通常情况下，燃料浓度越高，火焰速度也会越快。
氧浓度氧浓度是火焰燃烧所必需的，对火焰速度有着重要的影响。
CH4／O2／N2层流火焰瞬态响应特性数值分析
分子输 运过 程和 化学 反应过 程耦 合在 一起 ， 同控制 了火焰 面 的行 为特 征 ． 略 了非 稳态影 响 的稳 态火焰 面 共 忽 模 型有 可能 对湍 流燃 烧 的预 测产 生 比较大 的偏 离 ， 如 污染 物 （ 氧化 氮 ） 预测 值 比实验 值 偏 高 大 约一 个 例 一 的
稳态 的火焰 面模 型 中 ， 每个层 流 火焰 面可 以仅仅 由两 个参数 描述 ： 合物 分数 及其 耗 散率 ． 而 ， 态 的火焰 混 然 稳
面模 型 中忽 略 了一个 非常重 要 的影 响—— 非稳 态 的影响 ． 湍流 是一 个高 度不均 匀 非定 常 的环 境 ， 在很 强 的 存
究 主要集 中于数 值 模拟 方面 ， 到实验 条件 的限 制 ， 验 方面 的研究 还 很少 ， 非 稳 态燃 烧 在 工 程燃 烧 问题 受 实 而
量 级 ．
研 究火焰 面 非稳 态动力 学特 性 的思路 主要 是对层 流 火焰 面 参数 施 加一 定 的 时 间变 化 ， 模 拟 湍 流 流场 来
的影响 ， 考察火 焰 面结 构的时 间 响应特 性 ． 化 参数 可 以选 择 速度 或 者 标量 的 边 界 条件 ， 化方 式有 台 阶跃 变 变 变式ｌ 、 冲式 和周期振 荡形 式… ． 对 而 言 台阶跃 变 式 最 简 单 ， 研 究 的 最少 ， ａａｉ 对 台 阶跃 变 的 ２脉 】 相 却 Ｄｒ ｈ ｂａ 拉伸率 作用下 火焰 面 的响应进 行 了数 值模拟 ， 只是 描述 现象 ， 但 没有 从 物理 机 理 方 面 给予 合 理解 释 ， 没有 考 虑 不 同拉 伸率 跃 变幅度 的影 响 ． 为此 ， 我们选 择 台阶跃 变 的参数 变化方 式 ， 析火焰 面 的动 力学 响应 特性 ， 分 重 点 考察 不同拉 伸率 跃变 幅度 的影 响 ， 望对 这一 方式 下 的火焰 面动 力学特 性有 更深 的了解 ． 期 文献 上关 于 火焰 面非 稳态 动力学 特性 的研 究一 般 都忽 略 了污染 物 Ｎ 的响应 特 性 （ 了文 ［ ］ ， 文 采 用 含 氮化 学 的 甲烷 Ｏ 除 ７ ）本 氧化 详 细反应 机理 Ｇ Ｉ ｅｈ ． ， Ｎ 生成 的响应 特性 也进 行 了分析 ． Ｒ． ｃ３０ 对 Ｏ Ｍ 目前 关于 火 焰面 非 稳 态动 力 学 的研
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收稿日期：2014-10-14。
基金项目：山东省科技发展计划（2012GGX10421）。
作者简介：周乃香（1987-），女，山东潍坊人，工程师，硕士，主要研究方向为强化换热与节能技术。
E-mail ：queenznx@ 通讯作者：冷学礼（1977-），男，山东潍坊人，副教授，博士，主要研究方向为强化换热与节能技术。
E-mail ：lengxl@H 2/N 2同轴喷射湍流火焰的数值研究周乃香1，艾旭1，冷学礼2，荣启华3（1.山东省城乡规划设计研究院，山东济南250013； 2.山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061；3.肥城市城市热力有限公司，山东泰安271600）摘要：利用Ansys Fluent 模拟了H 2/N 2的同轴喷射湍流燃烧情况，采用雷诺时均法（Reynolds-AveragedNavier-Stokes ，RANS ）处理燃料与氧化剂的湍流流动，涡扩散概念（Eddy Dissipation Concept ，EDC ）模型用来耦合湍流与化学反应。
得到了燃烧室内部的温度（T ）、混合分数（f ）、H 2、O 2以及H 2O 的质量分数（F ），并与实验结果进行了对比。
结果表明，T 沿轴向方向逐渐增大，f 沿轴向逐渐降低。
在火焰区域沿径向，T 和F （H 2O ）先增大后降低，F （H 2）逐渐降低，F （O 2）逐渐升高，最后均稳定于伴随流的入口值。
虽有一定偏差，但模拟结果较好地预测了实验结果的趋势。
综合考虑两种RANS 模型与实验结果的吻合情况，推荐RSM 湍流模型结合EDC 模型来研究类似的喷射燃烧情况。
关键词：喷射火焰；H 2/N 2燃烧；数值模拟；EDC 模型中图分类号：TK91文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-1086-050引言随着能源危机以及环境问题的日益严重性，强化换热以及新能源的利用已经成为一个保证可持续发展的重要课题，国家的能源战略规划中将新能源的开发利用作为重点支持和发展的对象。
新能源的分类较多，氢能[1]、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等是现在较为热门的研究方向。
氢气作为一种高效清洁的燃料，在航空航天、氢能汽车[2]以及燃料电池[3]等多个领域有着重要的应用。
对氢能的研究主要集中于氢气的制备[4]、储存[5]等领域，伴随燃料电池的发展，对氢气的利用研究也逐渐增多。
由于氢气混合火焰燃烧特性的机理复杂，对于氢气的燃烧设备设计以及利用研究还较少。
探索氢气的燃烧湍流火焰特性和燃烧稳定性，对于设计氢气燃烧器有着重要的作用，为此，国内外学者进行了一些实验和数值研究。
BarlowrS 实验研究了CO/H 2/N 2的混合燃烧，发现湍流燃烧中的扩散效应小于层流燃烧[6]。
Cabrar 设计了一个实验用的同轴H 2/N 2燃烧器，利用拉曼-瑞利激光诱导荧光方法对氢气燃烧进行实验研究，测定了不同截面各组分的含量以及火焰形态并和模拟结果进行了对比，模拟结果和实验结果吻合较好[7]。
Myhrvoldt 对H 2/N 2的同轴燃烧进行了数值模拟，发现火焰稳定于化学反应与湍流小尺度混合的平衡点[8]。
Cao R R 采用预混燃烧模型研究了湍流提升火焰，发现轴流温度提升1%会使抬升高度提高2倍[9]。
Duwigc [10]采用大涡模拟湍流模型研究了H 2燃烧时火焰的动态特性以及稳定机理。
Luo Kun [11]利用DNS 方法研究了H 2火焰的结构以及燃烧特性，数值结果与实验对比较好。
大涡模拟（Large Eddy Simulation ，LES ）和直接数值模拟（Direct Numerical Simulation ，DNS ）可以精确捕捉较小的湍流涡，具有较高的精度，但对于计算资源的消耗以及配置要求较高，目前在工程实际中还很难得到广泛的应用。
本文主要使用雷诺时均方法（RANS ）研究H 2/N 2的湍流燃烧情况，并与Cabrar [7]的实验进行对比，探究简化的EDC 模型耦合RANS 湍流模型在H 2/N 2燃烧中应用的可行性。
1物理模型及数学描述本文的模拟主要与Cabrar 的H 2/N 2同轴燃烧实验进行对比，燃烧室如图1所示[7]。
H 2/N 2作为喷射燃料由轴线处的喷嘴喷出，喷嘴周围伴随H 2/空气，燃料在燃烧室内进行混合燃烧，测定距离喷嘴不同位置处各组分的含量及温度值的变化规律。
可再生能源Renewable Energy Resources第33卷第7期2015年7月Vol.33No.7Jul.2015·1086·DOI:10.13941/ki.21-1469/tk.2015.07.020整个反应室为轴对称结构，将问题简化为二维轴对称模型，几何模型及网格划分情况如图2所示。
模型尺寸为105mm ×200mm ，喷嘴直径d =4.57mm ，轴向以x /d 为坐标值，径向以r /d 为坐标值，其中r 代表径向坐标值，x 代表轴向坐标值。
考虑到燃烧火焰的氢气氧气界面流动变化剧烈，对中心轴附近进行了网格加密，同时由文献[11]中可以看出，基本长度方向在25d 以后各参数基本稳定，仅对长度0~25d 划分较密网格。
整个计算区域网格数目为48000个，对网格进行数量加倍后的计算结果与当前网格密度的相对误差小于1%，当前网格已经满足无关性检测，本文最终采用网格数目为48000个。
边界条件的设定如图2所示，轴流和伴随流区域设为速度入口（Velocity inlet ）边界条件，其值如表1所示。
上壁面设为无滑移壁面（Wall ）边界条件，温度设为伴随流的温度305K 。
出口设为压力出口（Pressure outlet ）边界条件，下边界设为Axis 边界。
H 2/N 2燃烧的流动与换热控制方程如下。
质量连续方程：坠坠x （ρv x ）+坠坠r（ρv r ）+ρv r r ＝S m（1）动量守恒方程：坠（ρv ）+荦·（ρvv ）=-荦P+荦·[μ（荦v+荦v T ）]+ρg +F （2）能量方程：荦·[v軆（ρE+p ）]=荦·k eff 荦T -jΣh j J j +（τ軉eff ·v軆）軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉軉+S h （3）其中：荦·v軆=坠v x +坠v r +v r （4）本文模拟仅采用一步反应，并未考虑H 2燃烧的中间产物的影响，化学反应方程式如下：2H 2+O 2→2H 2O（5）湍流模型采用RANS 中的k ~ε（KE ）模型以及雷诺应力模型（Reynolds Stress Model ，RSM ）。
燃烧反应采用组分输运方程进行模拟，湍流与化学反应之间的关系采用EDC 模型进行模拟。
EDC 模型假设化学反应仅在小湍流结构内发生，组分j 的平均反应速率定义为R軍j =-ρ軃γ*2/3m 觶*（Y j 0-Y j *）（6）式中：Y j 0，Y j *分别代表组分j 在小湍流结构区域以内、以外的质量体积分数。
组分j 在小湍流结构内的质量平衡方程为d Y j *d t =R j *ρ*+1τ*（Y j 0-Y j *）（7）连续性、动量、能量、湍流、组分输运以及EDC 模型耦合在一起求解计算域的燃烧传热传质过程，公式（1）~（7）中各参数的定义、湍流模型的具体方程参考Fluent 帮助文件。
2计算结果与讨论定义化学反应的燃料/氧化剂的H/O 混合分数f 为f =1/2M H 軃軃Y H -Y H ，2軃軃-1/M H 軃軃Y O -Y O ，2軃軃1/2M H 軃軃Y H ，1-Y H ，2軃軃-1/M H 軃軃Y O ，1-Y O ，2軃軃（8）式中：Y 为燃料组分的质量分数，M 为摩尔质量。
图1燃烧室示意图Fig.1Sketch map of combustor剪切层提升喷射火焰H 2/空气伴随流H 2/N 2射流H 2/空气伴随流图2几何模型及边界条件Fig.2Geometry model and boundary conditions表1喷射湍流抬升火焰的数值模拟入口边界条件Table 1Inflow boundary conditions for simulation of the liftedturbulent jet flame边界条件喷嘴入口伴随流温度/K 3051045速度/m ·s -11073.5Y （H 2）0.0240.0Y （O 2）0.00.1709Y （H 2O ）0.00.0645Y （N 2）0.9760.746注：Y 代表质量分数x /d =114H 2/空气伴随流（速度入口）H 2/N 2射流（速度入口）轴x /d壁面压力出口r /d102030403020100.511.5r /d 周乃香，等H 2/N 2同轴喷射湍流火焰的数值研究·1087·角标1代表H 2/N 2喷射入口，角标2代表伴随流入口。
2.1温度T 及混合分数f 沿轴线模拟结果与实验值的对比图3中EXP 代表Cabrar [7]的实验值，KE ，RSM 分别代表本文两种不同RANS 湍流模型的模拟结果。
由图3可知，轴线方向上随着流动的发展，温度呈现上升趋势。
当0≤x /d ≤7时，温度基本等于喷射口H 2的温度；当7<x /d <23时，温度逐渐增大，温度沿轴向变化趋势恒定，H 2燃烧释放热量，加热了混合气体，使温度升高；当x /d ＞23时，温度变化趋势减小，表明此区域为火焰燃烧的后期区域，已经没有燃烧物继续参与反应，此部分的温度主要是由前部分区域的燃烧反应热与伴随流的湍流换热平衡得到。
在x /d =7之前，f 的变化趋势基本平缓，此处的H ，O 含量基本与入口处一致，燃烧并未进行。
在7<x /d <23区域，f 随着x /d 的增大而降低，H 的质量分数减小，O 的质量分数增大，H 2进行燃烧反应。
利用KE 以及RSM 湍流模型得到的结果与实验模拟的结果趋势一致，吻合较好。
由于并未考虑入口处组分的输运过程，数值模拟结果的f 在入口处基本没变化，而实验结果有轻微的降低。
从两种RANS 湍流模型与实验结果的比较看出，RSM 湍流模型更适合于同轴湍流燃烧工况。
2.2T ，Y （H 2），Y （O 2）沿径向与模拟结果的对比图4~6为x /d =1，14截面上，T ，Y （H 2），Y （O 2）沿径向的变化规律，截面相对于计算区域的位置见图2。
由图4（a ）可知，在靠近入口距离（x /d =1）处，r /d <0.3区域温度基本不变，与H 2/N 2入口温度相同。
在0.3<r /d <1区域，温度基本呈线性增高的趋势，该区域为喷射流与伴随流的换热混合区域，温度变化主要是由燃料与伴随气流间的对流换热导致的。