《湍流與燃燒》課程相關(guān)報告.doc

湍流與燃燒課程相關(guān)報告王春海09121914碩0902班2010年4月13日目錄湍流與燃燒課程.1相關(guān)報告.1目錄.2湍流與燃燒課程相關(guān)報告.4第一部分流動數(shù)值模擬過程概述.4第二部分流動基本控制方程.51連續(xù)性方程.51.1方程物理意義.51.2方程的形式.51.3方程的推導(dǎo)思路及過程.61.4微分方程的主要形式及其簡化.82動量方程.92.1方程物理意義.92.2方程的推導(dǎo)思路及過程.92.3微分方程的主要形式及其簡化.113能量方程.133.1方程物理意義.133.2方程的推導(dǎo)思路及過程.133.3微分方程的主要形式及其簡化.144組分方程.164.1方程物理意義.164.2方程的推導(dǎo)思路及過程.16第三部分湍流模擬大渦模擬.181大渦模擬的產(chǎn)生背景.182大渦模擬的基本思想.183大渦模擬的關(guān)鍵過程.193.1過濾過程5.193.2亞網(wǎng)格尺度模型的建立.214大渦模擬的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)分析.215大渦模擬的優(yōu)化和改進(jìn).225.1Smargorinsky模型.225.2Germano模型（動態(tài)Smargorinsky模型）.235.3結(jié)構(gòu)相似性模型.23第四部分湍流燃燒模型渦團(tuán)破碎模型.241渦團(tuán)破碎模型概述.241.1渦團(tuán)破碎模型產(chǎn)生背景.241.2渦團(tuán)破碎模型的基本思想.241.3渦團(tuán)破碎模型的基本假設(shè).242渦團(tuán)破碎模型的推導(dǎo)思路及過程.243渦團(tuán)破碎模型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍.254模型的修正.264.1EDM模型（EddyDissipationModel）.264.2EDC模型（EddyDissipationConceptModel）.264.3特征時間模型（混合模型）.274.4拉切滑模型.274.5EBU系列模型的比較.27參考文獻(xiàn)：.29湍流與燃燒課程相關(guān)報告碩0902王春海09121914摘要：本文對流動數(shù)值模擬的幾個關(guān)鍵部分進(jìn)行了介紹，主要內(nèi)容包括基本控制方程的推導(dǎo)、湍流大渦數(shù)值模擬基本思想的介紹及渦團(tuán)破碎系列模型的介紹三個部分。關(guān)鍵詞：基本控制方程湍流大渦數(shù)值模擬渦團(tuán)破碎模型第一部分流動數(shù)值模擬過程概述基本控制方程質(zhì)量守恒方程動量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程層流：直接求解湍流直接求解：DNS方法非直接求解（平均化處理：對多尺度性進(jìn)行一定程度的統(tǒng)一）空間平均：大渦數(shù)值模擬時間平均：雷諾平均數(shù)值模擬雷諾平均數(shù)值模擬雷諾應(yīng)力項：jiuu化學(xué)反應(yīng)速率時均項：iBoussinesq假設(shè)：tjiuu雷諾輸運(yùn)方程直接求解湍流混合分子擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)湍流燃燒湍流與燃燒間相互作用第二部分流動基本控制方程流動的基本控制方程的建立均是基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，即物質(zhì)連續(xù)地?zé)o間隙地分布于物質(zhì)所占有的整個空間，流體宏觀物理量是空間點(diǎn)及時間的連續(xù)函數(shù)。1連續(xù)性方程1.1方程物理意義流體運(yùn)動連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的應(yīng)用。其具體含義是包含在一流體系統(tǒng)中的流體質(zhì)量在運(yùn)動過程中保持不變。另一種說法是，在一固定空間中的流體質(zhì)量的減少率等于在此期間通過其表面的質(zhì)量通量1。1.2方程的形式流動基本控制方程的分類如下所示：具體到連續(xù)方程，其分類如下：其中微分形式的歐拉型方程在流動計算過程中應(yīng)用較多，本文中的基本控制方程均指這一類。連續(xù)性方程歐拉型微分形式：積分形式：拉格朗日型微分形式：積分形式：0vdivDDt00dd0dvdivDDt基本方程歐拉型微分形式積分形式拉格朗日型微分形式積分形式1.3方程的推導(dǎo)思路及過程1.3.1基于雷諾輸運(yùn)定理的推導(dǎo)方式根據(jù)雷諾輸運(yùn)定理1有：AtftfttfttItSCVCVd,d,d,DDDDnvrrr(2.1.1)式2.1.1的具體推導(dǎo)過程見參考文獻(xiàn)1。應(yīng)用質(zhì)量守恒定律有：AttttttmtSCVCVd,d,d,DD)(DDnvrrr(2.1.2)其中d,d,CVCVttttrr(2.1.3)又由Gauss公式2dtAtCVS,d,vrnvr(2.1.4)由上述三式可得：0,d,dtttdtttCVCVCVvrrvrr(2.1.5)故0)()()(,zwyvxuttttvrr(2.1.6)經(jīng)數(shù)學(xué)變換可得：0vdivDtD(2.1.7)1.3.2基于六面體外節(jié)點(diǎn)（圖1-1中A點(diǎn)）的推導(dǎo)方式圖1-1控制體示意圖P如圖1-1所示，在流場中取一固定不動的微平行六面體，在直角坐標(biāo)系Oxyz中，微六面體邊長分別為dx，dy，dz。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，建立連續(xù)性方程：t時刻A點(diǎn)流體密度(x,y,z,t)，速度(x,y,z,t)，沿x,y,z軸分量是u,v,w。dt時間內(nèi)從左邊微元面積dydz流入的流體質(zhì)量為：udydzdt（2.1.8）從右邊微元面積dydz流出的流體質(zhì)量為：dxxudydzdtudydzdt)(（2.1.9）dt時間內(nèi)沿x軸方向流體質(zhì)量的變化（凈流出）為：dxdydzdtx)u(dxx)udydzdt(（2.1.10）同理，dt時間內(nèi)沿y、z軸方向流體質(zhì)量的變化（凈流出）分別為：dxdydzdty)v(（2.1.11）dxdydzdtz)w(（2.1.12）所以，dt時間內(nèi)經(jīng)微六面體表面的流體質(zhì)量的盡通量為：dxdydzdtz)w(y)v(x)u(（2.1.13）dt時間內(nèi)微六面體內(nèi)質(zhì)量的變化為：dxdydzdttdtt)dxdydz(（2.1.14）根據(jù)質(zhì)量守恒有：0dxdydzdtz)w(y)v(x)u(dxdydzdtt（2.1.15）即0z)w(y)v(x)u(t（2.1.16）即：0vdivDtD（2.1.