湍流燃烧数值模拟的研究,对高效率低污染燃烧装置的研制和了解湍流与化学反应动力学之间相互作用机理,在应用上和学术上都十分重要.湍流燃烧模型的建立是一项非常困难的工作.目前的各种模型,有的比较粗糙,不够合理,有的比较精确,但是计算量太大.20世纪90年代初由Bilger和Klimenko分别独立提出的条件矩封闭模型是以混合分数为统计条件对组分浓度和温度进行平均,抑制了条件平均的脉动值,使得条件矩方程中的化学反应源项可以在一阶水平上封闭,有可能成为一种兼顾合理性和经济性的模型.在国际上,条件矩封闭模型已经成为和PDF输运方程模型以及层流小火焰模型并重的湍流燃烧模型之一,在国内尚缺乏系统的研究.该文首先在国内系统地研究了湍流扩散燃烧的条件矩封闭模型以及守恒标量输运的模拟.该文简要地阐述了Bilger和Klimenko提出的条件矩模型方程,所给出的模型的物理实验基础和DNS数值实验证明.该文着重分析了条件矩模型方程封闭中的物理和数学依据.在国内首次用条件矩封闭模型对美国Sandia国家实验室和澳大利亚悉尼大学联合测量的射流扩散火焰进行了全面的数值模拟,给出了所有标量的条件平均和非条件平均值预报结果,全面地考察了条件矩封闭模型的预报能力.发现条件矩封闭模型对于主要组分浓度和温度的预报值和实验值符合很好,对次要组分的浓度的预报在是在可以接受的范围,而氮氧化物NO的预报值,则和实验值很大的差距.该文首次将标量的PDF输运方程和条件矩封闭模型方程相结合,代替原有条件矩封闭模型中设定PDF,构造了SSPDF-CMC模型.将该模型预报值与原有条件矩封闭模型的预报值进行了对比,发现SSPDF-CMC模型预报值比原有条件矩封闭模型的预报值有所改善,但是NO的预报和实验间依然存在一定的差距.该文首次推导了以混合分数和标量耗散率为统计条件的双条件矩模型方程,给出了双条件矩方程的封闭思路.为今后改善预报氮氧化物NO<,x>和有限化学反应速率的影响提供了基础.该文在守恒标量的模拟中,对标准的κ-ε模型和Reynolds应力方程模型分别进行了修正,用四种湍流模型对钝体燃烧中的混合分数及其脉动方差进行了预报.发现修正的Reynolds应力方程模型的预报值最接近实验测量值,为以后进行的二阶矩混合分数输运模型以及标量耗散率模型的研究提供了基础.