燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴霧燃燒的數(shù)值研究.pdf

1、燃燒室是燃?xì)廨啓C(jī)重要的熱端部件，工作中燃燒室內(nèi)會(huì)發(fā)生復(fù)雜湍流、回流、燃料噴射、霧化、蒸發(fā)和摻混、湍流燃燒以及輻射傳熱等過程。長(zhǎng)期以來，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)主要借助于實(shí)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)或半分析法。但隨著燃燒室進(jìn)出口溫度的提高和溫升越來越快，用于冷卻火焰筒的空氣量越來越少，同時(shí)對(duì)污染物的排放要求越來越嚴(yán)格，僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)燃燒室很難達(dá)到要求，需要采用更準(zhǔn)確的方法來預(yù)測(cè)燃燒室的性能。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高以及數(shù)值模擬方法的不斷完善，數(shù)值模擬方

2、法被越來越多的人認(rèn)可，工程上比以往更加重視燃燒室的數(shù)值模擬，這對(duì)促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展具有重要意義。
　　燃油噴嘴是燃燒室的關(guān)鍵部件，其霧化性能直接影響到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃燒性能，因此，噴嘴霧化性能的研究是燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴霧燃燒研究的前提。本文針對(duì)某燃?xì)廨啓C(jī)雙路離心式燃油噴嘴，利用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法對(duì)其霧化性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了噴嘴豐、副油路以及主副油路在不同壓力下的流量特性與霧化錐角，拍攝了噴嘴典型工況下的噴霧場(chǎng)照片，并利用二維

3、相位多普勒粒子分析儀(PDPA，phase Dopplerparticle analyzer)測(cè)量了霧化粒度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該噴嘴豐、副油路流量特性、霧化錐角及霧化粒度均能達(dá)到該噴嘴的設(shè)計(jì)要求。
　　噴嘴的數(shù)值研究包括噴嘴內(nèi)兩相流流動(dòng)和噴嘴外噴霧場(chǎng)兩個(gè)方面。其中，噴嘴內(nèi)兩相流流動(dòng)采用了FLUENT軟件中VOF(volume of fluid)方法來模擬，計(jì)算結(jié)果較好地模擬出離心式噴嘴內(nèi)的空氣渦與噴霧錐角，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。噴嘴

4、外噴霧場(chǎng)采用FLUENT軟件中LISA(linerized instability sheet atomization)模型和二次破碎TAB(Tayloranalogy breakup)模型進(jìn)行模擬分析，模擬結(jié)果得出了不同供油壓力下噴霧流場(chǎng)和索太爾平均直徑SMD(Sauter mean diameter)，從而為燃燒計(jì)算提供了一定起始條件。
　　利用雙路離心式噴嘴實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究所得的霧化參數(shù)結(jié)果，針對(duì)含有強(qiáng)旋流的某燃?xì)廨啓C(jī)環(huán)形燃燒

5、室噴霧燃燒進(jìn)行了數(shù)值研究。建立了燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴霧燃燒的物理模型，采用一定的湍流模型、非絕熱簡(jiǎn)單概率密度函數(shù)燃燒模型、顆粒軌跡隨機(jī)模型、離散坐標(biāo)法輻射模型及灰體加權(quán)求和模型、熱力型NO模型、CO生成模型及詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理（20種組分，41步化學(xué)反應(yīng)機(jī)理）聯(lián)合方法對(duì)其進(jìn)行噴霧燃燒的數(shù)值模擬。計(jì)算方法采用SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)算法求解壓力-速度耦

6、合，其中，對(duì)流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式，擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分格式進(jìn)行離散。分析了四種湍流模型及三種近壁處理方法對(duì)燃燒室燃燒性能的影響，得出了RNG k-e湍流模型與雙層區(qū)近壁處理方法能夠更合理地預(yù)測(cè)燃燒室內(nèi)的流場(chǎng)分布。同時(shí)，驗(yàn)證了離散坐標(biāo)法輻射模型在應(yīng)用于旋流燃燒的可行性和準(zhǔn)確性，并分析了壁面輻射率對(duì)燃燒室燃燒性能的影響，結(jié)果表明壁面輻射率對(duì)燃燒室內(nèi)部流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及燃燒室出口溫度分布影響較小，而對(duì)燃燒室污染物排放、壁面溫度分布及液滴尺寸分布影響