[發明專利]基于模型聚類分析的高溫非均勻氣體多維求解器生成方法

在審

• 申請號: 201710646524.1
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107463955A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 侯龍鋒;張冰雪
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根,徐穎

技術領域

本發明涉及一種輻射換熱技術，特別涉及一種基于模型聚類分析的高溫非均勻氣體多維求解器生成方法。

背景技術

熱輻射、熱傳導以及熱對流是三種基本的傳熱方式。特別在高溫工程如燃氣輪機燃燒室、高溫透平中，由斯蒂芬--玻爾茲曼定律可知，輻射力與溫度的四次方成正比，因而輻射換熱成為最主要的換熱方式。

氣體輻射在輻射換熱中占有重要地位，他在許多工程應用場合都起著非常重要的作用，例如：工業高溫燃燒室(文獻1：Keramida E.P.,et al.,Radiative heat transfer in natural gas-fired furnaces.International Journal of Heat and Mass Transfer,2000,43(10):1801–1809),燃氣輪機燃燒室(文獻2：Peter J.,et al.,Assessment of a Radiative Heat Transfer Model for Gas Turbine Combustor Preliminary Design.Journal of Propulsion and Power,1998,14(1):66–73),遠距離紅外遙感應用(文獻3：Caliot C.,et al.,Remote sensing of high temperature H₂O–CO₂–CO mixture with a Correlated k-distribution fictitious gas method and the single-mixture gas assumption.Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer,2006,102(2):304–315)等等。如工業高溫燃燒室(鍋爐)，高溫氣體輻射對于火焰的結構、火焰熄滅特性以及燃燒后有害氣體的產生(NO_X)都有非常關鍵的影響(文獻4：Guo H.,Ju Y.,et al.,Radiation extinction limit of counter flow premixed lean metane-air flames,Combust.Flame,1997,109(4):639-646)(文獻5：Chan S.H.,et al.,Flamelet structure of radiating CH₄-air flames.Combust Flame,1995,102(4):438-446)。由于輻射模擬需要耗費巨大的計算量，故通常沒有被納入到燃燒問題的模擬計算中，由此導致了模擬結果與實驗結果的較大偏差。Keramida(文獻1)的研究結果表明，通過在整個燃燒模擬中增加輻射部分能夠有效的減小模擬結果與實驗結果的偏差。另外，對于燃氣輪機燃燒室，由火焰傳至燃燒室壁面的大部分熱流是通過高溫氣體輻射的方式進行的(文獻2)(文獻6：Lefebvre A.H.,et al.,Flame radiation in gas turbine combustion chambers.International Journal of Heat and Mass Transfer,1984,27(9):1493-1510)，由此在燃燒室壁面產生了一批高溫熱點(文獻7：Project–INCA:http://www.cnrs.fr/cw/en/pres/compress/INCA/radiation.htm)(文獻8：Amaya J.,et al.,Coupling LES,Radiation and structure in gas turbine simulations.Proceedings of the Summer Program,2010)。這些高溫熱點的長期存在對于發動機的使用壽命有較大的影響，因此，對到達壁面的輻射熱流的精確模擬能夠用來為這些壁面高溫熱點設計高效的冷卻系統提供指導。此外，對于高溫氣體輻射的精確模擬也廣泛地應用于紅外遙感探測，如在高空飛行的飛機噴出的高溫尾氣產生的熱輻射經過低溫的大氣層最終到達地面并被地面的探測裝備所感知，以此實現對于特定目標的探測以及跟蹤。