湍流扩散火焰的非稳态火焰面模拟

采用稳态的和非稳态的火焰面模型同时对一个湍流甲烷射流扩散火焰进行了数值模拟,比较了两者对湍流平均火焰结构、活性自由基和污染物(氮氧化物)排放的模拟效果。速度场采用κ-ε模型计算,守恒标量混合物分数的分布通过其概率密度函数(PDF)输运方程的求解得到。稳态的火焰面结构由查询火焰面数据库得到,而非稳态的火焰面结构由火焰面方程和流场方程耦合求解来计算。采用详细的GRI—Mech 3.0机理描述甲烷的氧化和氮氧化物的形成。数值模拟结果和实验数据作了广泛的对比,验证了火焰面模型对湍流扩散燃烧的定量模拟能力。     

支板凹腔一体化超燃冲压发动机实验研究

本文针对以凹腔支板一体化燃烧室为基本结构的超燃冲压模型发动机在自由射流风洞中的性能,主要研究了燃料在不同位置喷入时,燃烧室几何结构/气动性能/燃料混合及燃烧特性的相互耦合,以及对发动机推力性能的影响.结果表明支板与凹腔的一体化在合理配置燃料分布情况下可以获得较好的发动机性能.     

双蜡烛火焰振荡的纹影光学探究

两根相同的燃烧蜡烛17 mm的间距时，可以观察到它们火焰的同步和异步振动。为了探究蜡烛火焰振动原因，通过搭建反射式纹影光路，实现了蜡烛火焰气流场的可视化观察。随着两根蜡烛的靠近，双蜡烛火焰上方气流场会从无耦合的平流状态过度到相互耦合的湍流状态，而湍流区域向下扩散到火焰区域是导致火焰振动的原因。燃烧过程中火焰体积的不对称性涨落导致振荡火焰在同步与异步振荡之间切换；而燃烧过程中火焰周围气流的稳定，则会导致两振荡火焰解耦，湍流层上升离开火焰，火焰恢复稳定燃烧。     

数值研究Sanida火焰D中辐射热的影响

为了考察湍流燃烧过程中的辐射热影响,数值模拟了Sanida火焰D,其中湍流流动采用多时间尺度(MTS)k-ε湍流模型模拟,燃烧过程采用概率密度函数(PDF)方法和拉格朗日火焰面模型(LFM)以及详细化学反应机理GRI3．0联合的方法模拟,辐射换热采用有限体积(FVM)联合关联k分布模型模拟。计算结果和实验数据的比较发现虽然相对于燃烧热,辐射热是一个小量,但是考虑了辐射热影响以后,模拟结果大有改进。针对该现象,我们给出的解释是由于在湍流燃烧过程中,湍流过程,燃烧过程以及辐射换热过程三者是强耦合的,湍流作用很可能会将辐射换热作用放大,因此,对于燃烧过程的详细数值模拟,建议考虑辐射换热的影响。     

循环流化床内颗粒团聚物流动特性的DSMC-LES模拟

采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定。数值模拟垂直管内气固两相上升流动,对管内气相速度和颗粒相速度、浓度以及聚团的流动特性进行分析.研究平均单个颗粒团聚物的存在时间、颗粒团聚物的时间份额和颗粒团聚物的生成频率分布特性,模拟结果与Manyele等(2002)和Sharma等(2000)试验结果吻合.     

基于欧拉喷雾与火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型的PRF燃料喷雾燃烧模拟研究

在开源计算流体软件OpenFOAM环境下,将基于欧拉方法的Σ-Y喷雾模型与非稳态火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型相耦合,发展用于高温高压环境中液体燃料喷雾湍流燃烧高精度计算模型,分别对非燃烧和燃烧工况下的五种典型参比燃料(Primary Reference Fuel,PRF)的燃油喷射雾化与湍流燃烧过程开展数值研究。结果表明：该新型耦合模型能够准确的预测PRF燃料的喷雾和着火燃烧特性;所开发的重构数值喷雾纹影图像和燃烧OH^*图像处理方法能够很好地捕捉到试验的滞燃期、火焰浮起长度及喷雾火焰结构;研究揭示了不同比例的PRF燃料对喷雾及着火燃烧过程的影响特性,为替代燃料在发动机上的高效应用提供了理论指导。     

LES-DSMC方法研究超细颗粒气固两相流动过程

采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流,采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞。单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定,考虑超细颗粒间的van der Waals作用力。数值模拟垂直管内超细颗粒气固两相流动,对颗粒相速度、浓度以及团聚物流动过程进行分析。     

基于FGM的湍流射流扩散火焰超大涡模拟

为了研究超大涡模拟(VLES)预测湍流燃烧问题的能力,本文采用VLES结合基于假定概率密度函数的火焰面生成流型(FGM)建表湍流燃烧模型对值班甲烷/空气湍流射流扩散火焰(Sandia Flame D)开展了高精度数值研究,并与实验结果进行了详细比较。结果表明本文发展的VLES-FGM方法可以较准确地预测出湍流射流扩散火焰中的非稳态燃烧过程,且VLES湍流模拟方法对于湍流燃烧问题具有较大的应用潜力。     

轴对称钝体后湍流扩散燃烧的PDF模拟

在无结构网格中，对轴对称钝体驻定的湍流扩散火焰进行数值模拟．采用有限容积(FV)／Monte Carlo(MC)混合算法求解湍流燃烧问题的混合算法．Monte Carlo法求解脉动速度一标量．频率的联合概率密度函数方程，有限容积法求解平均质量、动量和能量方程．求解的两组方程是相容的，合理的耦合方式可以减少统计偏差，计算精度和效率显著优于单独的颗粒方法．文中对化学反应采用层流火焰面模型，并将数值计算结果与实验结果作了比较和分析．     

HCCI工况下氨氢混合物燃烧的直接数值模拟

本文利用直接数值模拟方法对均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition)工况下氨氢混合物的着火和燃烧特性进行了研究。结果表明,着火首先从局部孤立区域处发生,随后发展到整个计算区域;最高燃烧温度和热释率随着掺氢比的增加而增加;通过与零维计算结果对比,发现湍流和热分层使得氨氢混合物着火提前。利用直接数值模拟数据计算了反应锋面的位移速度,并据此分析了自着火和火焰传播这两种燃烧模式。发现在低掺氢比的情况下,燃烧模式以自着火为主;而在高掺氢比的情况下,燃烧模式以火焰传播为主。     

基于LES-PDF方法的双旋流模型燃烧室数值模拟

文章使用基于LES-PDF方法的AECSC两相程序,对模型燃烧室GTMC进行了数值模拟,以此验证AECSC程序对燃烧室模拟的可行性和可信度,并对旋流燃烧室的流动和燃烧特性进行分析.首先,分别用商用软件Fluent 18.1和AECSC程序的LES方法对GTMC的冷态工况进行了模拟.与实验结果相比,程序计算的轴向、径向、切向速度峰值的相对误差在大多数统计点上在20%以内,3个方向速度峰值位置的相对误差基本都在10%以内.同时发现,AECSC程序的计算结果在一定程度上比Fluent的计算结果更接近实验值.文章进一步使用AECSC程序对GTMC的热态工况进行了模拟.在计算结果中,整体的时间平均温度在数值和分布上和实验结果很接近,并很好地再现了实验的"V形"火焰和内外低温回流区,但是高温区出现的位置相比实验结果有些靠前.总体来说,热态结果和实验结果比较吻合,尤其在液雾的模拟方面,计算结果和实验结果相比有着很好的一致性.这说明将LES和PDF相结合的方法在模拟湍流燃烧方面有较强的优势,可以成为未来的研究和发展方向.      

Investigation on the flameholding mechanisms in supersonic flows: backward-facing step and cavity flameholder

Abstract  

As effective devices to extend the fuel residence time in supersonic flow and prolong the duration time for hypersonic vehicles cruising in the near-space with power, the backward-facing step and the cavity are widely employed in hypersonic airbreathing propulsive systems as flameholders. The two-dimensional coupled implicit RANS equations, the standard k-ε turbulence model, and the finite-rate/eddy-dissipation reaction model have been used to generate the flow field structures in the scramjet combustors with the backward-facing step and the cavity flameholders. The flameholding mechanism in the combustor has been investigated by comparing the flow field in the corner region of the backward-facing step with that around the cavity flameholder. The obtained results show that the numerical simulation results are in good agreement with the experimental data, and the different grid scales make only a slight difference to the numerical results. The vortices formed in the corner region of the backward-facing step, in the cavity and upstream of the fuel injector make a large difference to the enhancement of the mixing between the fuel and the free airstream, and they can prolong the residence time of the mixture and improve the combustion efficiency in the supersonic flow. The size of the recirculation zone in the scramjet combustor partially depends on the distance between the injection and the leading edge of the cavity. Further, the shock waves in the scramjet combustor with the cavity flameholder are much stronger than those that occur in the scramjet combustor with the backward-facing step, and this causes a large increase in the static pressure along the walls of the combustor.     

颗粒增强湍流的新模型和气粒流动的湍流变动

用雷诺应力方程模型和极细的网格系对单个颗粒受湍流气体绕流进行了数值模拟,研究了改变颗粒直径和气体相对速度时颗粒增强气体湍流的规律.据此构造了颗粒尾涡增强气体湍流的新模型.将此子模型加入到两相流动模型中,对竖直和水平通道内气粒两相流动进行了数值模拟,和实验结果的对照表明,考虑颗粒尾涡增强气体湍流效应得到的气体湍流脉动速度的模拟结果比不考虑此效应的模拟结果好得多.     

Analysis of Two-Phase Cavitating Flow with Two-Fluid Model Using Integrated Boltzmann Equations

In the present work, both computational and experimental methods are employed to study the two-phase flow occurring in a model pump sump. The two-fluid model of the two-phase flow has been applied to the simulation of the three-dimensional cavitating flow. The governing equations of the two-phase cavitating flow are derived from the kinetic theory based on the Boltzmann equation. The isotropic RNG$k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model of two-phase flows in the form of cavity number instead of the form of cavity phase volume fraction is developed. The RNG $k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model, that is the RNG$k-\epsilon$ turbulence model for the liquid phase combined with the $k_{ca}$model for the cavity phase, is employed to close the governing turbulent equations of the two-phase flow. The computation of the cavitating flow through a model pump sump has been carried out with this model in three-dimensional spaces. The calculated results have been compared with the data of the PIV experiment. Good qualitative agreement has been achieved which exhibits the reliability of the numerical simulation model.     

DSM-LPDF两相湍流模型及旋流两相流动的模拟

本文由流体－颗粒速度的拉氏联合概率密度函数（ＰＤＦ）输运方程出发,用Ｓｉｍｏｎｉｎ建议的Ｌａｎｇｅｖｉｎ模型封闭颗粒所遇到流体瞬时速度的条件期望项,并用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法直接求解 ＰＤＦ输运方程,将其和求解流体雷诺应力方程模型的有限差分方法结合,建立了雷诺应力－拉氏ＰＤＦ（ＤＳＭ－ＬＰＤＦ,简称ＤＬ）两相湍流模型．用此模型模拟了旋流数为０．４７的突扩旋流气粒两相流动,并与文献中ＰＤＰＡ实验和用类似于单相流动湍流模型封闭方法的时平均统一二阶矩（ＵＳＭ）模型的预报进行了对比．     

颗粒湍流扩散的数值模拟

1引言颗粒湍流扩散是气固两相流中的一个重要的研究课题,近年来,国外有大量文献报道这方面的工作。因为颗粒的湍流扩散的研究的一个基本问题就是湍流的描述,它一方面可以来检验湍流描述的正确性;另一方面,该问题是气固两相流理论中,特别是颗粒群轨道模型中一个难点。描述湍流大体上可分为两种方法。一是直接数值模拟方法（DNS）,J．B．Mclaughlin对管流内颗粒沉降的研究就基于直接数值模拟山,K．D．squires和J．K．Eaton对颗粒扩散的研究也基于DNS［2］,DNS一般只适用于低Reynolds数。另一方面,用随机方法来模拟湍流,该…     

翅片结构对超汽化结构换热性能影响的研究

基于计算流体动力学软件ANSYS CFX，利用非均相流欧拉-欧拉模型耦合RPI(伦斯勒理工大学)沸腾模型开展超汽化冷却结构的过冷沸腾两相流模拟，比较不同翅片结构对超汽化结构换热性能的影响。研究发现在高热流量条件下三角形翅片结构的换热性能优于矩形翅片结构：其中顺流4×3 三角形翅片结构总体换热性能最好；矩形4×3 翅片结构受流速影响较大，由于翅片的阻碍作用使得流速越来越低，换热性能越来越差；逆流4×3 三角形翅片结构由于其翅片间的腔小，并且逆流翅片对主流的破坏使得腔内流体保持着很大的湍度，所以翅片区有很好的换热性能，但由于逆流翅片对流体阻碍作用大，小槽内流体速度越来越低，使得远离翅片区的侧边换热性能逐渐变差。     

弯管和文丘里管组合燃烧器的颗粒分布特性

本文给出一种弯管和文丘里管组合结构的新型浓淡煤粉燃烧器,并分别对弯管、文丘里管和这种弯管和文丘里管组合结构燃烧器内的气固两相流动进行了数值模拟。采用Euler-Lagrange方法和离散相模型（DPM）研究气固两相流动,气相湍流采用分离涡（DES）模拟方法,固相湍流采用离散随机游动（DRW）模型。结果表明,这三种结构对...     

��Ƭ�ṹ�Գ������ṹ��������Ӱ����о�

Based on the computational fluid dynamic code ANSYS CFX, the inhomogeneous Eulerian- Eulerian multiphase model coupled with RPI (Rensselaer Polytechnic Institute) boiling model is adopted to simulate the subcooled boiling two-phase flow of hypervapotron structure, and the effects of different fin structures on the heat transfer performance of hypervapotron structures are compared. The results show that under high heat flux conditions, the heat transfer performance of the triangular fin structure is better than the rectangular fin structure. Triangular 4×3 to the flow geometry has the best heat transfer performance. Rectangular 4×3 geometry is greatly affected by the flow rate due to the obstruction of the fins making the flow rate to be lower and the heat transfer performance will be getting worse. Triangular 4×3 against the flow geometry make the fluid in the cavity to maintain a large degree of turbulence due to the small cavity between the fins and the adverse effects of counter-flow fins on the mainstream, so the fin area has a good heat transfer performance, but due to the impeding effect of the counter-flow fin on the fluid, the fluid velocity in the slot is getting lower and lower, as the result, the heat transfer performance on the sidewall far away from the fin area is getting worse.     

气泡-液体多股射流二阶矩两相湍流模型的模拟

本文采用二阶矩两相湍流模型模拟了气泡－液体闭式多股射流。研究结果显示出预报的两相速度、雷诺应力和气泡体积分数分布的合理性，以及在速度较高和剪切较强的情况下，气泡湍流脉动仍然大于液体湍流脉动，气泡增强液体湍流，气液两相湍流脉动均存在各向异性，而且气泡脉动的各向异性比液体脉动的大等规律。