[发明专利]基于模型聚类分析的高温非均匀气体多维求解器生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辐射换热技术，特别涉及一种基于模型聚类分析的高温非均匀气体多维求解器生成方法。

背景技术

热辐射、热传导以及热对流是三种基本的传热方式。特别在高温工程如燃气轮机燃烧室、高温透平中，由斯蒂芬--玻尔兹曼定律可知，辐射力与温度的四次方成正比，因而辐射换热成为最主要的换热方式。

气体辐射在辐射换热中占有重要地位，他在许多工程应用场合都起着非常重要的作用，例如：工业高温燃烧室(文献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),燃气轮机燃烧室(文献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),远距离红外遥感应用(文献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。如工业高温燃烧室(锅炉)，高温气体辐射对于火焰的结构、火焰熄灭特性以及燃烧后有害气体的产生(NO_X)都有非常关键的影响(文献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)(文献5：Chan S.H.,et al.,Flamelet structure of radiating CH₄-air flames.Combust Flame,1995,102(4):438-446)。由于辐射模拟需要耗费巨大的计算量，故通常没有被纳入到燃烧问题的模拟计算中，由此导致了模拟结果与实验结果的较大偏差。Keramida(文献1)的研究结果表明，通过在整个燃烧模拟中增加辐射部分能够有效的减小模拟结果与实验结果的偏差。另外，对于燃气轮机燃烧室，由火焰传至燃烧室壁面的大部分热流是通过高温气体辐射的方式进行的(文献2)(文献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)，由此在燃烧室壁面产生了一批高温热点(文献7：Project–INCA:http://www.cnrs.fr/cw/en/pres/compress/INCA/radiation.htm)(文献8：Amaya J.,et al.,Coupling LES,Radiation and structure in gas turbine simulations.Proceedings of the Summer Program,2010)。这些高温热点的长期存在对于发动机的使用寿命有较大的影响，因此，对到达壁面的辐射热流的精确模拟能够用来为这些壁面高温热点设计高效的冷却系统提供指导。此外，对于高温气体辐射的精确模拟也广泛地应用于红外遥感探测，如在高空飞行的飞机喷出的高温尾气产生的热辐射经过低温的大气层最终到达地面并被地面的探测装备所感知，以此实现对于特定目标的探测以及跟踪。