● 摘要
辐射换热是湍流燃烧过程中的一种重要传热方式。碳氢燃料燃烧过程中产生的碳烟会增加辐射热损失、降低燃烧效率并对环境造成污染。在湍流反应中，湍流脉动会引起组份与温度脉动，进而引起辐射场发生脉动，即存在辐射强度脉动与组分浓度和温度脉动的非线性耦合引起的湍流-辐射交互作用（TRI）。当火焰中存在碳烟时，碳烟的生成/氧化和辐射及湍流脉动强烈耦合在一起，使得问题变得复杂但更具有研究意义。
首先，对基于Rayleigh理论的经典碳烟光谱吸收系数和灰体吸收系数预测模型进行了详细介绍与分析。分析表明，目前燃烧碳烟辐射特性预测仍以传统的Rayleigh理论近似方法为主，但须注意模型常数的不确定性及选取。
其次，介绍了燃烧气体的普朗克平均吸收系数算法，开发了与圆柱坐标系 下求解辐射传递方程的离散坐标法(DOM)相结合的统计窄带关联K模型（SNBCK）代码，并通过二维轴对称圆柱体的壁面辐射热流预测算例，完成了计算程序的初步验证。
再次，对C/H比不同的甲烷/空气、丙烷/空气、乙烯/空气湍流扩散碳烟火焰的辐射特性进行对比研究。结果表明，甲烷/空气火焰中气体辐射占主导作用，丙烷/空气火焰中碳烟辐射占主导作用，而对C/H比最高的乙烯/空气火焰，碳烟辐射作用和气体相当;并分析了不同湍流模型对甲烷/空气火焰温度峰值和碳黑体积分数峰值的影响。
最后，以乙烯/空气火焰为研究对象，采用离散坐标法求解辐射传递方程，Planck 平均吸收系数法求解气体吸收系数，第二章中式（2.3）求解碳烟吸收系数，进一步研究了由温度脉动引起的湍流辐射交互作用(TRI)对辐射换热的影响。其中，吸收系数与普朗克函数的脉动关联项采用普朗克函数的泰勒级数展开结合温度脉动输运方程求解，吸收系数与辐射强度脉动关联项采用了湍流涡团光学薄假设（OTFA）。研究表明，由温度脉动引起的TRI会强烈影响温度和碳黑体积分数分布，计算得到的误差较小，同时会增强火焰的辐射换热过程计算。
关键词：辐射换热，碳烟，Rayleigh理论，SNBCK，湍流辐射交互作用