環(huán)形燃燒室兩相燃燒流場與燃燒性能數(shù)值研究.pdf

1、本文在任意曲線坐標(biāo)系下，發(fā)展了一套可選用不同數(shù)學(xué)模型的環(huán)形燃燒室三維兩相化學(xué)反應(yīng)流場的可視化計(jì)算程序。使用該程序分別對雙級徑向渦流器環(huán)形燃燒室火焰筒冷態(tài)流場，雙圓筒頭部火焰筒以及帶擴(kuò)壓器、渦流杯、火焰筒和內(nèi)外環(huán)冷卻通道的回流環(huán)形燃燒室等兩相燃燒流場與燃燒性能進(jìn)行計(jì)算。采用型線定點(diǎn)與TTM相結(jié)合的方法對上述三種計(jì)算對象生成三維貼體網(wǎng)格，供燃燒室流場計(jì)算用。氣相采用Euler方法處理，并分別用標(biāo)準(zhǔn)k-e、RNG k-e和代數(shù)應(yīng)力(ASM)等

2、三種紊流模型模擬紊流流動；用EBU-Arrhenius、二階矩－EBU紊流燃燒(SOM－EBU)與擴(kuò)展EBU－Arrhenius等三種紊流燃燒模型計(jì)算紊流燃燒速率；采用六通量法與離散坐標(biāo)(DO)等兩種輻射模型模擬燃燒室輻射傳熱過程。液相采用Lagrange法處理，分別用顆粒群軌道和隨機(jī)顆粒軌道等兩種兩相流動模型描述油珠群運(yùn)動軌跡及其變化歷程。本文按簡化四步反應(yīng)與污染物生成模型預(yù)估燃燒室內(nèi)污染物生成速率，并提出以回流區(qū)平均溫度變化率為判斷

3、依據(jù)的燃油推進(jìn)法來估算燃燒室的貧油熄火極限。 本文導(dǎo)出在三維非正交曲線坐標(biāo)系下代數(shù)應(yīng)力紊流模型（ASM）以及離散坐標(biāo)(DO) 輻射模型的表達(dá)式。在非交錯網(wǎng)格體系下，分別用混合差分與QUICK差分格式對氣相控制方程進(jìn)行離散，兩相之間的耦合采用PSIC算法處理，并用SIMPLE與PISO兩種算法對離散方程進(jìn)行求解。最終將上述各種數(shù)學(xué)模型與數(shù)值方法集成到環(huán)形燃燒室兩相反應(yīng)流場數(shù)值模擬可視化計(jì)算程序。 本文數(shù)值分析不同數(shù)學(xué)模型對

4、環(huán)形燃燒室三維兩相化學(xué)反應(yīng)流場的影響，并把所得計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明：雖然本文所用的各種數(shù)學(xué)模型都可用來預(yù)估燃燒室兩相燃燒流場，但是不同的模型所得的燃燒室流場不全相同。其中RNG k-e模型與ASM模型相比，雖然計(jì)算精度稍低些，但計(jì)算簡單，工作量較小，故RNG k-e模型更適合工程應(yīng)用。擴(kuò)展EBU－Arrhenius模型因考慮了紊流與反應(yīng)尺度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，更適合模擬兩相反應(yīng)流動。而SOM－EBU模型雖考慮脈動參

5、數(shù)對反應(yīng)速率的影響，但該模型計(jì)算工作量要比擴(kuò)展EBU－Arrhenius模型稍大些。與熱通量輻射模型相比，DO輻射模型可以考慮各種不同離散方向以及散射對輻射熱交換的影響，故該模型可以更合理地估算輻射對燃燒室壁溫和氣流溫度分布的影響。 為了驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，本文還采用激光多普勒測速儀（LDV）對雙級徑向渦流器直流環(huán)形燃燒室火焰筒冷態(tài)流場進(jìn)行測量，并把所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與用不同紊流模型所得的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。此外，還把雙圓筒頭部火