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近临界流体射流和钝体稳焰燃烧不稳定性的数值研究
摘要
本论文采用数值模拟的方法研究了近临界流体射流和钝体稳焰燃烧不稳定性的问题。首先，本文介绍了近临界流体的基本特性和燃烧稳定性的影响因素。接着，针对所需研究的问题，本文采用了不同的数值方法并进行了仿真分析。最后，本文总结了研究结果，讨论了实验发现和模拟结果之间的差异以及进一步的研究方向。
关键词：近临界流体；射流；稳焰燃烧；不稳定性；数值模拟
Introduction
近临界流体是介于液态和气态之间，其密度与介质的临界密度相近的一种流体。近年来，随着国内外学者对深海开发、油气勘探、超临界能源利用等领域的关注，近临界流体的研究引起了广泛的关注。
而针对在近临界条件下的燃烧问题尤其是燃烧稳定性，一直是热点的研究领域。本文旨在利用数值模拟的方法，研究近临界流体射流和钝体稳焰燃烧不稳定性的问题，并就所得到的结果进行进一步的讨论。
BasicPropertiesofNear-CriticalFluid
在接下来的论文中，我们应该先了解一下关于近临界流体的基本特性。首先，近临界流体由于空气和水的物理特性中具有膨胀容易压缩的特点，所以在超临界状况下，会出现许多独特的物理特性。较重要的特性包括：低粘度、高扩散速度、充分热传导速度以及膨胀系数大和体积被压缩的压力变化率在临界点左右会骤降。此外，在临界点左右，流体的密度和介电常数等物理性质呈现较强的非线性变化。
FactorsAffectingCombustionStability
相比传统条件下的燃烧，近临界条件下的燃烧稳定性往往较低。因为流体的物理特性和热力学特性的复杂性，如流体动力性、动态性、和热流速度等，使得燃烧是容易失控的。在实际应用中，燃烧稳定性一般被认为取决于燃料的物理性质，例如漏出速度、流率、燃料的压力和温度等因素。
NumericalMethodsandSimulationAnalysis
针对所需研究问题，本文采用了不同的数值模拟方法来进行仿真分析。具体方法包括：
1.Eulerian-LagrangianMultiphaseMethod
在任何事物的运动模型下，都已知当物体没有任何颤动或者剧烈旋转时，其运动方程可以通过简单的质量守恒求解。因此，这个方法也可以应用在燃烧模拟领域中，并通过考虑动力学因素来探究不同因素对流体的影响。在我们的研究中，通过相对运动的质量守恒方程来解析近临界流体的运动，此外，拉格朗日乘数法被用来描述分离相和挥发物比例的关系。
2.LargeEddySimulation(LES)
作为一种流体力学中的模拟方法，LES是近年来较为普及的方法之一，它通过在低频和高频成分的时间空间上划分模拟空间来实现高效性和准确性的平衡。在研究中，LES被应用于高动态温度和压力的模拟和仿真，以揭示燃料与空气混合的速率以及该过程中的湍流动力学特性等。
3.Reynolds-AveragedNavier-Stokes(RANS)
排除雷诺-斯托克斯方程RANS以应用它建立定常转运方程，并通过数值方法来模拟流场的不稳定性。在本研究中，它被用于解释由于速度的影响而引起的稳定性变化。通过分析生气后的稳焰长度、几何结构、振荡模式、燃烧强度等方面的变化，我们可以获得关于稳定性或不稳定性的基础数据。
ResultsandDiscussion
经过模拟和仿真，我们获得了以下结果:
1.射流燃烧中，当燃料入口压力超越临界点之后，会引起射流受阻并导致其变形，从而破坏原有的稳定性。
2.钝体燃烧中，流场显着受到燃料温度和压缩率的影响，这与燃料静压燃烧采用的方法存在显著区别。
3.在阶梯式密度分布的渠道内运行的射流燃烧实验中，经过RANS分析，流场变化率增加，并且峭度增加，从而显现出不稳定性。
Conclusion
本文在多角度上分析了近临界流体射流和钝体稳焰燃烧不稳定性，并结合数值模拟的方法，建立了相应的模型，并对实验装置进行了仿真分析。通过得到实验和模拟结果进行对比，并提供了了进一步的研究方向，期望将近临界流体的性质和燃烧稳定性问题进一步发展和完善。