【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
：本專利技術(shù)涉及計算流體力學(xué)，具體為一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法。
技術(shù)介紹
0、
技術(shù)介紹
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1、燃燒熱聲不穩(wěn)定問題廣泛存在于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中，當(dāng)燃燒過程中壓力和熱釋放率波動相位差的絕對值位于0到90度之間時，火焰熱釋放率振蕩會將能量傳遞給聲場，從而放大聲場作用效果，產(chǎn)生較大的燃燒波動。
2、近年來，燃?xì)廨啓C(jī)的摻氫技術(shù)逐漸成熟，其有望成為控制燃?xì)廨啓C(jī)低污染排放的有效手段，由于氫氣燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，如發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象則極易產(chǎn)生局部高溫并生成大量熱nox，同時可能發(fā)生回火。尤其在變化摻氫比例的過程中可能與燃燒室中部件的本征頻率相重疊而發(fā)生共振。因此針對摻氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒熱聲不穩(wěn)定問題需要重點(diǎn)關(guān)注。
3、隨交叉學(xué)科的發(fā)展，多種新型抑制燃燒不穩(wěn)定的手段逐漸興起，其中利用電場抑制燃燒不穩(wěn)定具有較大潛力，目前已有大量實(shí)驗(yàn)及理論研究驗(yàn)證了電場對燃燒不穩(wěn)定抑制效果。在燃燒過程中，火焰區(qū)產(chǎn)生大量電荷，當(dāng)其位于電場區(qū)域時，內(nèi)部電荷受電場作用其運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變，正負(fù)離子遷移過程會碰撞中性反應(yīng)組分進(jìn)而改變?nèi)紵M(jìn)程，當(dāng)發(fā)生燃燒熱聲不穩(wěn)定時，通過調(diào)節(jié)電場形式及變化頻率，可改變局部壓力脈動特征，進(jìn)而避免與聲波發(fā)生共振從而抑制燃燒不穩(wěn)定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
0、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
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1、本專利技術(shù)是針對上述存在的電場抑制摻氫燃燒不穩(wěn)定問題，為克服現(xiàn)有研究手段局限性，提供一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，利用udf將普適型uds方程變型為
2、上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，該方法包括如下步驟：
4、步驟一：根據(jù)摻氫燃燒室實(shí)物結(jié)構(gòu)，利用建模軟件構(gòu)建與其相匹配的物理模型，并確定電場的布置形式；
5、步驟二：對布置有電極的燃燒室模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立數(shù)值計算模型；
6、步驟三：確定計算數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)際燃燒過程中燃燒內(nèi)狀態(tài)，對maxwell方程進(jìn)行簡化，并構(gòu)建maxwell方程與n-s方程的聯(lián)系媒介體積力項(xiàng)。確定組分輸運(yùn)方程中物質(zhì)輸運(yùn)特性，選擇層流擴(kuò)散或湍流擴(kuò)散；
7、步驟四：確定燃燒計算邊界條件，針對不同工況，設(shè)定其對應(yīng)的燃料流量，空氣流量，燃燒室壓力，摻氫比例等；
8、步驟五：構(gòu)建maxwell中的電勢分布方程，引入普適標(biāo)量方程uds，并對uds方程進(jìn)行修改，構(gòu)建為電勢方程；
9、步驟六：確定電勢方程邊界條件，接地極電勢設(shè)置為0v，高壓極電勢設(shè)置為對應(yīng)高電壓值；
10、步驟七：設(shè)置電荷輸運(yùn)方程邊界條件，高壓電極表面電荷密度根據(jù)實(shí)際情況給定，接地電極電荷密度設(shè)置為δq/δn＝0。空間電荷密度根據(jù)燃燒區(qū)域溫度及組分給定；
11、步驟八：將所產(chǎn)生電場力添加至組分動量方程源項(xiàng)中，進(jìn)行耦合計算。
12、所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，所述的步驟一的具體過程為：構(gòu)建maxwell中的電勢分布方程，引入普適標(biāo)量方程uds，并對uds方程進(jìn)行修改，構(gòu)建為電勢方程，激活user-define?scalar選項(xiàng)，構(gòu)建第一個標(biāo)量方程uds1；
13、在fluent中，其標(biāo)量輸運(yùn)方程普適形式如下：
14、
15、對于φ是需要求解的物理量。因此，用兩個標(biāo)量方程求解電勢(φ)方程和電荷(qc)分布方程，在燃燒空間中即使施加較強(qiáng)電場，空間中電流依舊十分微弱，因此電流磁效應(yīng)可忽略，體系中的電場及電荷可利用準(zhǔn)靜電極限條件下的maxwell方程組進(jìn)行描述，空間中電勢分布規(guī)律滿足高斯定律；
16、由于電勢方程無對流項(xiàng)，將flux項(xiàng)設(shè)置為none，方程的源項(xiàng)qc/εk，使用用戶自定義函數(shù)(udf)進(jìn)行編程來計算源項(xiàng)，qc是第二個標(biāo)量方程的解，εk是介電常數(shù)。
17、所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，所述的步驟六的具體包括：
18、(1)確定電勢方程邊界條件，接地極電勢設(shè)置為0v，高壓極電勢設(shè)置為對應(yīng)高電壓值，并先對電勢方程進(jìn)行求解，為電荷方程求解提供電場強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
19、(2)儲存空間電場強(qiáng)度，上述方程對空間的電勢分布進(jìn)行求解，而后續(xù)計算需要電場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，因此需要調(diào)用c_udmi對電場空間三個分量進(jìn)行儲存：
20、c_udmi(c0,t0,0)＝-c_udsi_g(c0,t0,0)[0]；
21、c_udmi(c0,t0,1)＝-c_udsi_g(c0,t0,0)[1]；
22、c_udmi(c0,t0,2)＝-c_udsi_g(c0,t0,0)[2]；
23、(3)建立電荷守恒方程：
24、(4)添加電勢方程源項(xiàng)；
25、使用定義源項(xiàng)的“define_source”宏：
26、vol＝c_udsi(c,t,1)/dielectric_constant；
27、(5)添加動量方程體積力源項(xiàng)；
28、在動量方程中加上三個方向的電場力源項(xiàng)，使用定義動量方程源項(xiàng)的“define_source”宏，流體上電場力的三個分量：
29、
30、設(shè)置電荷守恒方程邊界條件：高壓電極表面電荷密度根據(jù)實(shí)際情況給定，接地電極電荷密度設(shè)置為δq/δn＝0，空間電荷密度根據(jù)燃燒區(qū)域溫度及組分給定。
31、所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，所述的建立電荷守恒方程具體為：在不同燃燒環(huán)境下會生成不同電荷濃度，而局部電荷濃度與局部化學(xué)反應(yīng)速率緊密相關(guān)，因此，空間中電荷密度分布可利用燃燒反應(yīng)速率進(jìn)行表征；
32、電荷守恒方程如下所示：
33、
34、電荷在流場中的運(yùn)動包括三個方面，分別為沿電場方向遷移，隨流場的運(yùn)動以及其自身擴(kuò)散，由于電荷自身擴(kuò)散能力較弱，該方程為強(qiáng)對流占優(yōu)形式，其擴(kuò)散項(xiàng)在通過設(shè)定其擴(kuò)散系數(shù)d設(shè)定；
35、電荷沿電場方向遷移的同時也隨流場進(jìn)行運(yùn)動，其沿流場運(yùn)動速度為中性流體運(yùn)動速度，其沿電場運(yùn)動速度為離子遷移率與電場強(qiáng)度的乘積：ion_vel[0]＝c_u(c0,t0)；ion_vel[1]＝c_v(c0,t0)；ion_vel[2]＝c_w(c0,t0)；
36、電場強(qiáng)度的三個分量為所述電勢在空間三個方向的儲存空間：c_ee[0]＝c_udmi(c0,t0,0)；c_ee[1]＝c_udmi(c0,t0,1)；c_ee[2]＝c_udmi(c0,t0,2)；
37、方程的對流項(xiàng)：
38、nv_v_vs(current,＝,ion_vel,+,c_ee,*,k)；
39、方程的源項(xiàng)：...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，其特征是：該方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，其特征是：所述的步驟一的具體過程為：構(gòu)建Maxwell中的電勢分布方程，引入普適標(biāo)量方程UDS，并對UDS方程進(jìn)行修改，構(gòu)建為電勢方程，激活User-Define?Scalar選項(xiàng)，構(gòu)建第一個標(biāo)量方程UDS1；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，其特征是：所述的步驟六的具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，其特征是：所述的建立電荷守恒方程具體為：在不同燃燒環(huán)境下會生成不同電荷濃度，而局部電荷濃度與局部化學(xué)反應(yīng)速率緊密相關(guān)，因此，空間中電荷密度分布可利用燃燒反應(yīng)速率進(jìn)行表征；
【技術(shù)特征摘要】
1.一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，其特征是：該方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場抑制燃?xì)廨啓C(jī)摻氫燃燒熱聲不穩(wěn)定的計算方法，其特征是：所述的步驟一的具體過程為：構(gòu)建maxwell中的電勢分布方程，引入普適標(biāo)量方程uds，并對uds方程進(jìn)行修改，構(gòu)建為電勢方程，激活user-define?scalar選項(xiàng)，構(gòu)建第一個標(biāo)量方程uds1；...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱成旭，戴博林，劉佳琦，張美煜，錢鈺其，孟帥，王輝，陳奕嘉，梁培培，孫中偉，
申請(專利權(quán))人：哈電發(fā)電設(shè)備國家工程研究中心有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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