驻涡燃烧室后驻体形状选择冷态数值研究

因具有低排放和宽广工作范围等性能的优势,驻涡燃烧室越来越受到人们的关注。在冷态条件下对几种驻涡燃烧室后驻体造型形式的流场进行数值研究,发现不同后驻体造型形式不公改变驻涡腔内气体流动的速度,而且引起驻涡腔内旋涡运动方式不同。计算结果表明方形后驻体造型时能形成驻涡腔内气体较低速度流场,形成的旋涡结构有利于提高驻涡燃烧室性能。     

AVC中钝体布置与燃烧室流动特性研究

先进旋涡燃烧室具有高燃烧效率、低污染物排放和总压损失小等优点,其性能明显优越于其他贫燃料预混合燃烧设备.本文对不同钝体布置方式下,先进驻涡燃烧室中三维冷态气流的流动特性进行了数值模拟研究,得出了燃烧窜流阻、驻涡结构及其稳定性受前、后钝体距离和后钝体宽度两个几何参数影响的规律,为对先进驻涡燃烧室流动和燃烧特性的深入研究打下了基础.     

基于凹腔驻涡的无焰燃烧室数值模拟

无焰燃烧的关键在于高温烟气与新鲜空气燃料的充分掺混。本文设计了一种基于凹腔驻涡的无焰燃烧室,并对其进行了零维和三维数值计算。零维数值计算运用简单的化学反应网络模型预测了燃烧室NO_x排放,凹腔当量比为0.5时,NO_x排放低于5 mg/m³（@15%O₂）。凹腔产生的高温烟气,可以使燃烧室后部温度分布均匀,消除了温度峰值,燃烧室实现了无焰燃烧。双凹腔结构有利于改善燃烧室出口温度分布。     

钝体燃烧室热态流场的大涡模拟

对圆盘凸台钝体燃烧室的热态流场进行了大涡模拟,利用PIV实验数据,显示了大涡模拟对平均速度及均方根速度脉动量的预测与实验中的测量值基本吻合,模拟获得的钝体后回流区、钝体边缘存在的切应力层等湍流特征信息也得到了实验验证。采用两种不同亚网格模型的大涡模拟结果与实验对比表明,在流动情况特别复杂的区域,Germano动态亚网格模型对流场,尤其是湍流脉动的预测准确性要高于标准Smagorinsky亚网格模型。     

三维曲面腔顶盖驱动流的MRT-LBM研究

采用多松弛时间格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM)的D3Q15模型分别对长方体腔、圆柱腔、半圆柱腔、旋转双曲面腔、旋转椭球面腔、半球腔以及两种组合腔体的三维顶盖驱动腔流进行数值模拟, 比较分析各腔体内流线分布、流速等值线分布和涡心的发展, 对于典型腔体模拟不同雷诺数下的流动情况。结果表明: 在同一雷诺数下, 曲面边界不仅能消除从边界产生的次涡, 还会导致腔内主涡的分离, 增大中心纵剖面纵向回流速度; “上长方体+下半圆柱”腔内流函数分布与边界贴合度最高。当雷诺数不断增大时, 半圆柱腔内主涡逐渐分离成两个同向涡, “上圆柱+下半球”腔内始终保持着圆柱腔与半球腔内的基本流动特征; 而长方体腔内主涡涡心保持在同一高度, 次涡逐渐增强, “上长方体+下半圆柱”腔内流动愈加规则, 主涡逐渐下沉, 流速等值线分布逐渐趋于中心小、四周大。     

低雷诺数下钝体三维尾迹中的涡量符号律

钝体是目前各种工程中广泛应用的一种结构.钝体绕流的尾迹涡动力学也是经典的流体力学研究对象之一.本文通过直接数值模拟,针对低雷诺数下各种钝体结构的不可压缩绕流,当形成三维尾迹时,研究具有特定符号的涡量分布特征.通过分析两类钝体结构,基本的直柱体和受到几何扰动的柱体,总结并得到了更为广泛适用的涡量符号律.通过对比并分析这两类钝体结构,结合理论证明的结果,进一步厘清了对产生涡量符号律的这两类钝体结构之间的内在物理关联,即引起自然失稳的小扰动在惯性力作用下产生的表面涡量只能向下游演化发展,而几何扰动则根据扰动位置,产生的表面涡量可以向扰动上游或下游演化发展.从而可以推测所有钝体结构尾迹中的各种型式的涡脱落模态,从涡量符号律的演化角度来看,实际上是一致的,都是起源于壁面产生特定符号组合规律的∏型涡.     

回流扩散燃烧火焰湍流结构特性的PIV测量

利用粒子图像速度场测量(PIV)技术对不同燃空速度比下的钝体回流扩散燃烧流场进行了测量,考察不同火焰的湍流结构特性.结果表明,流场中轴向脉动速度沿钝体中心轴线成对称分布,轴向脉动速度最大值出现在钝体中心轴线处,流场切向雷诺应力以饨体轴线呈中心对称,在中心轴线处切向雷诺应力值为0,随燃空速度比的增大,轴向脉动速度和切向雷诺应力不断增大,随着与钝体表面的距离增加,流场截面上最大轴向脉动速度不断减小,最大切向雷诺应力先增大,后减小.     

钝体驻定燃烧器冷态和燃烧场的LES研究

本文采用LES结合FPV湍流燃烧模型数值模拟了钝体驻定火焰的冷态场和燃烧场,与实验数据进行比较,研究了火焰结构和流场特性,并分析了燃烧对流场的影响。结果表明,速度、温度和主要组分浓度的一阶和二阶统计值,均与实验值符合得较好。燃烧发生在当量混合物分数等值线处,先是沿回流区外边缘分布,然后逐渐向中心靠拢,最后在下游处类似于射流火焰。回流区前部当量混合面处的低标量耗散率和高温分布在钝体驻定火焰中起到了关键的作用。燃烧使气体发生膨胀,回流区变长,轴向平均速度和湍动能沿流向衰减速度降低,湍动能在内剪切层处的峰值降低。     

环形燃烧室性能计算

本文在任意曲线坐标下对包括扩压器和火焰筒在内的环形燃烧室三维两相反应流进行了数值模拟,燃烧室性能是采用多维经验分析法估算所用的数学模型有k-ε紊流模型,EBU-Arrhenius紊流燃烧室模型,六通量热辐射模型以及颗粒群轨道模型。在非交错网格体系下,气相采用SIMPLE算法和液体采用PSIC算法求解,通过两种工况和三种扩压器进口速度分布计算表明,所得的流场各气流参数分布和燃烧室性能较合理,本文所建立的程序可为燃烧室优化设计和研究提供有用数据。     

不可压缩合成喷流场的数值模拟

本文对不可压缩合成喷流场进行了数值模拟,得到了其流场信息,结果表明：合成喷射流是由于连续涡对在运动过程中涡量损失到周围流体中形成的,它可分为涡形成段,涡平移及破裂段,射流主段;射流主流速度一直向外,但依靠喷口附近的流体吸入,在一个周期内,合成喷腔体内的净质量流量为零;合成喷射流的截面速度与常规连续喷类似,具有自相似性。数值结果与实验的比较同时也表明本文对不可压缩会成喷流场的模拟是可行的。     

高速非均匀热气流中跨流喷射的两态燃油浓度分布计算

一、前言 燃油浓度分布与气动特性是决定发动机燃烧室性能的两个关键。试验结果表明,实际燃烧室中,流体速度的不均匀性与温度对燃油浓度分布的影响均需考虑。本文在试验研究基础上,介绍了非均匀高速热气流中跨流喷射的两态燃油浓度分布的计算方法。     

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。     

可控涡煤粉燃烧器冷态流场的数值研究

一、前言 钝体燃烧器对劣质煤的稳燃作用已为大量的研究所证实.研究表明,其效果很大程度上取决于钝体后的回流强度.本文提出的可控涡煤粉燃烧器,是在原有钝体的基础上,从钝体底面的两个尖角处引出附加射流(图1),利用射流的卷吸特性强化钝体后的回流,从而达到改善稳燃效果的目的.文献[1]介绍了对可控涡燃烧器所做的冷态试验     

湍流边界层拟序结构的大涡模拟研究

采用动力亚格子模型,利用大涡模拟方法模拟了雷诺数为13000的充分发展槽道湍流流动。从瞬时速度和脉动 速度场、脉动速度相关、均方根脉动涡量分布、以及瞬时涡量场等多个方面,对湍流边界层流动的拟序结构进行了分析, 包括近壁区小尺度湍流结构和瞬态过程,如条纹结构、喷射和扫掠过程、以及近壁旋涡结构等。     

湍流边界层对数律区相干结构的Tomo-TRPIV实验研究

应用层析高时间分辨率粒子图像测速技术（tomographic time-resolved particle image velocimetry，Tomo-TRPIV），测量了Re_θ=2 460的平板湍流边界层三维3分量瞬时速度场的时间序列.提出湍流空间多尺度局部平均速度结构函数的概念，应用流向脉动速度沿流向的空间多尺度局部平均速度结构函数的正负过零点法，从瞬时脉动速度场中检测相干结构的喷射和扫掠事件，对检测到的喷射和扫掠事件的瞬态局部速度场、速度梯度场、涡量场、速度变形率场进行空间相位对齐叠加平均，获得喷射和扫掠事件的局部速度场、速度梯度场、涡量场、速度变形率场的典型特征.研究发现，相干结构喷射和扫掠时，速度梯度、速度变形率、涡量均表现为空间反对称分布的4极子结构.特别是流向涡量是沿流向、法向、展向均为反对称分布的法向多层4极子结构，表明法向各层相干结构是紧密联系，互相关联的.这种法向多层的4极子反对称结构导致强烈的动量、质量和能量交换，维持了相干结构的演化和发展过程.      

旋风分离器上部空间各种二次涡的数值模拟

采用改进的雷诺应力模型对旋风分离器上部环形空间内的强旋湍流流动进行了数值模拟,重点分析了顶板和升气管附近的局部二次涡。数值模拟结果与实验对比表明雷诺应力模型对环形空间内的强旋流动有良好的预报精度。旋风分离器上部环形空间不仅在顶板下存在有二次涡,而且在升气管外壁附近还存在有局部二次涡,局部二次涡的尺度比较小,而且沿周向有变化,呈现非轴对称分布。     

水平轴风力机尾流扩散特性的数值研究

本文采用Fluent软件对半径0.7 m,翼型NACA4415的水平轴风力机的三维非定常尾迹流场进行了大涡模拟(LES)计算,计算结果表明:轴向速度分布相对于尾迹中心不对称,同一风速下,在靠近叶根圆周区域,距离风力机旋转平面2R处风力机轴向速度达到最小,由2R~3R区域逐渐过渡,然后增大最终恢复周围环境速度;而在靠近叶尖的圆周区域,在距风轮旋转平面1R处达到最小值,由1R~2R区域逐渐过渡,最终达到周围环境速度;中心涡对尾流影响的长度要大于叶尖涡对尾流长度的影响。尾流区不仅存在叶尖涡和中心涡,还存在叶片尾缘涡;低风速对尾流长度的影响要小于高风速。     

基于PDF-LES模型的凹腔支板火焰稳定器模拟

航空发动机加力燃烧室有进口气体温度高、速度高、湍流度大的特点,是极为典型的湍流与燃烧相互耦合的工况。大涡模拟(LES)兼具高精度与合理计算量两个特点,概率密度函数模型(PDF)适用于湍流与复杂化学反应相互耦合的问题。本文在基于PDF-LES的Aero Engine Combustor Simulation Code(AECSC)程序基础上,对凹腔支板火焰稳定器进行数值模拟。使用气相版本对有无凹腔支板结构分别进行三个速度入口条件下的甲烷湍流燃烧模拟,并用两相版本对带凹腔支板结构进行设计工况下煤油喷雾的模拟。结果表明:凹腔结构的火焰稳定性要优于无凹腔结构;凹腔支板结构对于液相燃料的控制能力较气相更强。     

浮力作用下上升气泡的变形和驻涡形成机理研究

采用直接模拟方法,研究气泡在浮力作用下的变形机理及气泡尾部驻涡形成机理.用二阶时空精度的变密度投影方法解Navier-Stokes方程,用VOF(volume of fluid)方法捕捉界面.获得了气泡平衡时的上升速度,并探讨气泡内部环流和气泡尾部驻涡间的关系.     

边条翼后掠角对钝头细长旋成体非对称流动的影响

为探究大迎角时边条翼前缘后掠角对钝头细长旋成体导弹绕流特性的影响,开展了模型表面测压和粒子图像测速的风洞实验,研究了亚临界Reynolds数Re=150000、迎角α=50°条件下不同前缘后掠角固定边条翼的钝头细长旋成体非对称绕流特性.结果表明,在边条翼上游区,后掠角增大使边条涡涡位更靠近前体物面且对称性更好,导致前体...