湍流对多孔介质内预混火焰影响的初步研究

当气流速度较大时,多孔介质内预混燃烧的模拟需要考虑湍流的影响,本文利用简化的k-ε双方程湍流反应流模型对多孔介质内的预混火焰进行了数值模拟.结果表明,湍流大大加强了气流的组分和能世扩散,计算得到的火焰传播速度、CO及NO的排放量都与实验值符合得比较好,与层流模型相比,湍流模型能够改善计算结果.     

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟周力行，林文漪，廖昌明（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：湍流两相流，数值模拟为提高整体式冲压发动机双侧进气突扩燃烧室火焰稳定能力，我们提出了进气管内装设有切向导角的中心管。流场显示及Ｌ...     

基于FGM的旋流预混燃烧室超大涡模拟

针对航空发动机燃烧室等复杂工程中的预混燃烧问题发展高精度、高效的数值预测方法,本研究发展了火焰面生成流型(FGM)详细化学反应建表方法结合超大涡模拟方法(VLES),对工程中的GE LM6000预混旋流燃烧室燃烧开展了高精度数值研究,并与实验结果进行了比较。计算结果表明,VLES-FGM方法可以较准确地预测出旋流预混燃烧室内的流场及温度场分布。为了进一步模拟航空发动机真实的燃烧工况,对原始单头部燃烧室使用周期性边界条件来类比全环燃烧室。计算结果表明,VLES-FGM方法计算得到的周期性燃烧室流场回流区相比较固壁边界燃烧室较小,并且固壁边界燃烧室温度场具有明显的颈部结构,燃烧室下游的高温区分布更为均匀。本文计算结果表明基于FGM燃烧模型的自适应湍流模拟方法VLES对于模拟复杂航空发动机相关的旋流预混燃烧具有很大的应用潜力。     

QUICK格式在湍流旋流流动数值模拟中的应用

为研究不同精度的离散格式对湍流旋流流动数值模拟结果的影响,同时应用QUICK格式和混合格式对同轴射流旋流燃烧室内的湍流流动进行了数值模拟.在采用k-ε湍流模型的条件下,QUICK格式计算得到的燃烧室内气体轴向与切向速度及轴向脉动速度均方根值分布与实验数据符合较好,而混合格式给出的数值模拟结果则与实验有一定的偏差.     

燃料射流与空气协流混合中的自点火预测研究

预混燃烧室燃料与空气混合过程中出现的自点火会引起回火与挂火,烧毁燃料喷嘴。针对这一问题,利用实验台模拟贫燃燃烧室预混过程,燃料射流与预热后的空气协流同向喷入石英管预混段中,研究自点火现象。本文结合机器学习和物理规律分析,开展湍流混合过程的自点火预测研究。基于二元逻辑回归建立了机器学习模型,模型的特征由分析影响自点火的物理规律得到,训练和校验模型所需的数据由燃料射流-空气协流的自点火实验获得。结果显示,机器学习方法能快速、准确地预测混合过程中自点火的发生和火焰类型,并揭示其关键影响因素。与传统的数值计算方法相比,机器学习方法预测自点火所需的时间仅为传统数值模拟方法的几千分之一。     

燃机预混燃烧混合特性实验及理论分析

贫预混燃烧中的混合问题对深入理解污染物排放机制至关重要。本文针对某一特定喷嘴进行混合特性实验测量,通过三维数值模拟与实验测量值进行比较,分析得出湍流施密特数对混合特性的影响,发现施密特数为0.5时数值模拟结果与实验值符合良好;随后依据实验值和三维数值模拟结果,并结合理论分析混合分数方差控制方程中扩散项和生成项所占比例,提出用于衡量燃机预混燃烧混合特性的一维混合模型。结果显示,该特定喷嘴的混合效果很好;混合分数方差控制方程中的扩散项和生成项所占比例不超过25%,一维模型能依据有限实验值较好地预测燃烧室中的混合不均匀度。     

突扩燃烧室中气-固两相湍流相互作用与颗粒弥散的数值模拟

一、前言 突扩流动中流体和颗粒的湍流相互作用对流动、燃料与空气的混合和燃烧效率影响很大。文献[2]的测量表明:在大突扩比,即小的R_1/R_2(R_1为进口半径,R_2为燃烧室半径)下,在近壁回流区中,颗粒湍流度大于气相,在正流区中小于气相;在其它两种突扩比,即较小突扩比下,在回流区中颗粒相的湍动能小于气相。这些测量结果不能用轨道模型或基     

预混燃烧中CMC亚模型的先验性分析

本文用直接数值模拟的方法对各项同性湍流中的H_2/air平面火焰进行了研究。模拟了当量比分别为0.6和1.0的两种预混火焰,采用了9种组分19步反应的详细机理.对预混燃烧中的CMC亚模型进行了先验性分析.发现clipped Gaussian和Beta function两种方法都能定性描述过程变量的概率分布,但是Beta function的结果与直接数值模拟更接近.AMC和Girimaji两种模型都能较好地模拟标量耗散率的条件平均分布,在贫燃的情况下模型预测的结果更接近直接数值模拟的结果。     

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.     

旋流燃烧NO生成的USM湍流反应模型

用统一二阶矩(USM)湍流反应模型对不同旋流数下甲烷-空气旋流燃烧NO生成进行了数值模拟,并和EBU-Arrhenius(E-A)燃烧模型对燃烧的模拟结果和简化PDF湍流反应模型对NO生成的模拟结果以及相应的实验结果进行对比。结果表明,USM模型显著地优于E-A模型和简化PDF模型。E-A模型不能合理地模拟有限反应动力学,而简化PDF模型用两个单变量PDF的乘积代替联合PDF,大大地低估了NO湍流反应率。USM模型预报结果和实验结果符合最好。     

双侧进气突扩燃烧室内液雾燃烧的数值模拟

本文采用全双流体模型对部分切向进气管式双侧进气突扩燃烧室内的液雾燃烧过程进行了数值模拟，将液雾群按初始尺寸分组，数值模拟结果表明不同尺寸液雾的蒸发及燃烧过程显著不同，小尺寸的液雾是先蒸发后燃烧，而较大尺寸的液雾则是边蒸发边燃烧．模拟结果还表明，部分切向进气方式有利于在燃烧室的头部产生大面积的中心回流区，该回流区的存在有利于加强混合及火焰稳定．     

带中心体的燃烧室流场的数值计算

本文研究应用涡量流函数法和k-ε双方程湍流模型对于带中心体的燃烧室中的等温流场进行了数值计算,着重研究了两股同心湍流射流相互作用对于燃烧室中的流型的影响。数值计算结果揭示了一些有趣现象,计算结果比较接近现有的实验数据。     

用非正交曲线坐标系数值计算航空发动机加力燃烧室无化学反应的湍流流场

本文采用非正交曲线坐标系下非交错网格的SIMPLE方法对航空发动机加力燃烧室无化学反应的湍流流场进行了数值计算，湍流模型采用k-ε双方程模型．差分网格采用分区方法生成，计算时对整个流场进行分区迭代直至得到收敛结果．加力燃烧室湍流流场数值计算结果合理．     

NO_x生成的有限反应速率二阶矩封闭模型

本文用有限反应速率二阶矩封闭模型对大速差射流燃烧室内煤粉燃烧过程中NO的生成进行了数值模拟，并将该模型的计算结果与Arrhenius模型的计算结果进行了比较，模拟结果表明，燃烧室中NO的生成是由燃料NO的生成机理来控制，Arrhenius模型计算得到的NO的浓度值高于有限反应速率二阶矩封闭模型的计算结果．     

旋流和无旋突扩流动的LES和RANS模拟

本文用smagorinsky-Lilly亚网格尺度湍流模型对旋流突扩流动(s=0.53)和无旋突扩流动(s=0)进行了大涡模拟(LES模拟),同时分别用压力应变项为IPCM和IPCM+Wall模型的雷诺应力方程模型进行了RANS模拟,和LES的统计结果对比。LES的统计结果与雷诺应力模型的模拟结果及实验对照表明,LES结果与实验结果的吻合比雷诺应力模型的好,说明所用的亚网格尺度湍流模型对旋流流动是适用的,LES结果是可信的。LES的瞬态结果揭示出在旋流作用下,流场中存在复杂的旋涡脱落现象。大涡结构极易破碎成小涡,而在无旋突扩流动的情况下,由于剪切的作用更强,大涡结构的尺寸和范围比旋流流动的要大。     

旋流燃烧室内同向和反向旋转射流湍流流动的数值模拟

针对发展高效低污染旋流燃烧技术的需要,对旋流燃烧室内两股同轴旋转射流相互作用的湍流旋流流动进行了数值模拟.计算中采用了一种新的代数Reynolds应力模型和QUICK离散格式.在两股射流同向旋转和反向旋转两种条件下,将模拟得到的燃烧室内湍流旋流流动的时均气体轴向速度场、切向速度场和静压场与实验数据进行了比较.     

JF12激波风洞高Mach数超燃冲压发动机实验研究

针对高Mach数（Ma ≥ 7）超燃冲压发动机高气动阻力下的燃烧组织问题,提出一种双突扩燃烧室结构方案.使用数值模拟方法考察了射流与双突扩燃烧室组合方式的混合燃烧特性.设计了双突扩超燃冲压发动机模型,在力学研究所JF12长试验时间激波风洞内,开展了Ma=7.0和Ma=9.5的氢燃料点火和燃烧试验对比.在风洞有效试验时间100 ms内,实现了Ma=7.0和Ma=9.5超燃冲压发动机的成功点火与稳定燃烧.在Ma=7.0情况下,进气道采用三维压缩,燃烧室入口设计Mach数Ma_c=2.5,壁面压力分布实验结果显示燃烧放热靠近燃烧室扩张段上游;在Ma=9.5情况下,进气道采用二维压缩,燃烧室入口设计Mach数Ma_c=3.5,由于燃烧室流动速度特别高,燃烧放热靠近燃烧室扩张段下游.      

三维湍流气粒两相流的k—ε—k_p模型

本文用气粒两相流双流体模型,气相湍流的k-ε模型及颗粒湍能k_p输运方程模型,即k-ε-k_p模型,对大速差射流燃烧室内三维回流湍流气粒两相流动进行了模拟,给出了各纵剖面内气相及颗粒时均轴向速度分布、气粒两相各自的湍流强度分布、颗粒轴向质量流分布及各横截面内气粒两相时均周向速度分布。预报结果与激光多普勒仪测量结果定性上类似,特别是正确地预示出实验中观测到的流场某些区域内颗粒湍流度大于气相湍流度的现象,又一次表明,全面计及颗粒湍能输运过程的模型比经典的局部追随的颗粒湍能代数模型更合理。     

湍流分层燃烧的直接数值模拟和小火焰模型研究

湍流分层燃烧广泛应用于工业燃烧装置,但是目前还比较缺乏适用于湍流分层燃烧的高精度数值模型。本文利用直接数值模拟数据库,对高Karlovitz数分层射流火焰的小火焰模型表现进行了先验性评估。考虑了两种小火焰模型,一种是基于自由传播层流预混火焰的小火焰模型M1,另一种是基于分层对冲小火焰的小火焰模型M2。研究发现M1和M2在c-Z空间的结果与直接数值模拟在定性上是一致的。在物理空间,M2对过程变量反应速率脉动值的预测结果要优于M1.     

整装式含能液体燃烧推进实验研究及数值模拟

设计了小口径整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,采用多级渐扩型燃烧室,研究了整装式液体发射药燃烧稳定性控制问题.研究结果表明:四级渐扩型燃烧室p-t曲线的一致性较好,燃烧过程稳定.在实验基础上建立了整装式液体发射药燃烧推进的内弹道简化模型,数值模拟结果与实测结果吻合较好.