環形燃燒室兩相燃燒流場與燃燒性能數值研究.pdf

1、本文在任意曲線坐標系下，發展了一套可選用不同數學模型的環形燃燒室三維兩相化學反應流場的可視化計算程序。使用該程序分別對雙級徑向渦流器環形燃燒室火焰筒冷態流場，雙圓筒頭部火焰筒以及帶擴壓器、渦流杯、火焰筒和內外環冷卻通道的回流環形燃燒室等兩相燃燒流場與燃燒性能進行計算。采用型線定點與TTM相結合的方法對上述三種計算對象生成三維貼體網格，供燃燒室流場計算用。氣相采用Euler方法處理，并分別用標準k-e、RNG k-e和代數應力(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)與擴展EBU－Arrhenius等三種紊流燃燒模型計算紊流燃燒速率；采用六通量法與離散坐標(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顆粒軌道等兩種兩相流動模型描述油珠群運動軌跡及其變化歷程。本文按簡化四步反應與污染物生成模型預估燃燒室內污染物生成速率，并提出以回流區平均溫度變化率為判斷

3、依據的燃油推進法來估算燃燒室的貧油熄火極限。 本文導出在三維非正交曲線坐標系下代數應力紊流模型（ASM）以及離散坐標(DO) 輻射模型的表達式。在非交錯網格體系下，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行求解。最終將上述各種數學模型與數值方法集成到環形燃燒室兩相反應流場數值模擬可視化計算程序。 本文數值分析不同數學模型對

4、環形燃燒室三維兩相化學反應流場的影響，并把所得計算結果與實驗數據進行比較。研究結果表明：雖然本文所用的各種數學模型都可用來預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，雖然計算精度稍低些，但計算簡單，工作量較小，故RNG k-e模型更適合工程應用。擴展EBU－Arrhenius模型因考慮了紊流與反應尺度對化學反應速率的影響，更適合模擬兩相反應流動。而SOM－EBU模型雖考慮脈動參

5、數對反應速率的影響，但該模型計算工作量要比擴展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。 為了驗證數學模型和計算方法，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形燃燒室火焰筒冷態流場進行測量，并把所得的實驗數據與用不同紊流模型所得的計算結果進行比較。此外，還把雙圓筒頭部火