環(huán)形燃燒室兩相燃燒流場(chǎng)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(chǎng)的可視化計(jì)算程序。使用該程序分別對(duì)雙級(jí)徑向渦流器環(huán)形燃燒室火焰筒冷態(tài)流場(chǎng)，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(chǎng)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(duì)上述三種計(jì)算對(duì)象生成三維貼體網(wǎng)格，供燃燒室流場(chǎng)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(dòng)；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(dòng)模型描述油珠群運(yùn)動(dòng)軌跡及其變化歷程。本文按簡(jiǎn)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(cuò)網(wǎng)格體系下，分別用混合差分與QUICK差分格式對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)

4、環(huán)形燃燒室三維兩相化學(xué)反應(yīng)流場(chǎng)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(chǎng)，但是不同的模型所得的燃燒室流場(chǎng)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(jiǎn)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(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，更適合模擬兩相反應(yīng)流動(dòng)。而SOM－EBU模型雖考慮脈動(dòng)參

5、數(shù)對(duì)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(duì)輻射熱交換的影響，故該模型可以更合理地估算輻射對(duì)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(cè)速儀（LDV）對(duì)雙級(jí)徑向渦流器直流環(huán)形燃燒室火焰筒冷態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)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