庞 杰, 张 健

(清华大学 工程力学系,北京 100084)

许多条件下燃烧火焰具有较低的流向速度或Froude数(Fr=u2/g l),如各种层流火焰、火灾中可燃物表面附近的湍流火焰、旋风炉和四角切圆锅炉炉膛中的湍流火焰等.在这类火焰中,气体流动和燃烧过程以及火焰结构与输运特性等都会受到浮力的作用.对这类火焰的理论描述和数值模拟需要考虑浮力的影响.

已有学者对受浮力作用的湍流火焰进行了理论与数值模拟研究.Jeng等[1]采用k-ε-g模型对静止空气环境中受浮力作用的甲烷湍流扩散火焰进行了数值模拟,得到的气体温度场和组分体积分数场基本与试验数据相符.Liu等[2]分别应用代数Reynolds应力/热流通量模型和低Re数k-ε模型对受浮力作用的天然气湍流扩散火焰进行了数值模拟,前者得到的气体速度场和温度场与试验数据相符.Xin等[3]采用快速反应的混合物分数湍流燃烧模型对静止空气中受浮力作用的甲烷湍流火焰进行了大涡模拟,得到的气体速度、温度和混合物分数分布基本与试验数据相符.

旋流燃烧在各种工程燃烧反应装置(如四角切圆锅炉和旋风炉)中有许多应用[4].然而,在现有对受浮力作用的湍流火焰的数值模拟研究中,较少涉及浮力对湍流旋流火焰的影响.为合理地描述并预测湍流旋流火焰的特性,笔者对低Fr条件下的湍流旋流火焰进行了数值模拟,研究了浮力对具有不同初始切向动量或旋流数的湍流旋流火焰的影响,并将模……