航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒流場(chǎng)大渦模擬的研究.pdf

1、為了解航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)部氣流速度、溫度以及污染物濃度分布，本文分別對(duì)模型加力燃燒室、環(huán)形燃燒室火焰筒燃燒流場(chǎng)及包括擴(kuò)壓器、內(nèi)外環(huán)冷卻通道在內(nèi)的某航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型燃燒室整體流場(chǎng)進(jìn)行大渦模擬。分別數(shù)值研究了不同的進(jìn)口條件、亞網(wǎng)格尺度模型以及差分格式對(duì)燃燒流場(chǎng)的影響。亞網(wǎng)格尺度湍流模型包括：代數(shù)亞網(wǎng)格尺度模型、k 方程亞網(wǎng)格尺度模型和混合尺度模型等三種亞網(wǎng)格尺度湍流模型；亞網(wǎng)格EBU燃燒模型、G方程小火焰模型、亞網(wǎng)格二階矩代數(shù)模型與亞網(wǎng)格二階

2、矩輸運(yùn)方程模型等四種亞網(wǎng)格燃燒模型以及NO和CO亞網(wǎng)格污染物生成模型。在交錯(cuò)網(wǎng)格體系，大渦模擬二維直角坐標(biāo)系和貼體坐標(biāo)系下模型加力室預(yù)混燃燒流場(chǎng)。采用TTM與分區(qū)法生成三維貼體網(wǎng)格，在非交錯(cuò)網(wǎng)格體系與三維任意曲線坐標(biāo)系下，分別對(duì)燃燒室預(yù)混燃燒和兩相噴霧燃燒流場(chǎng)進(jìn)行大渦模擬，發(fā)展了一種即時(shí)傳遞信息的多區(qū)域耦合法求解瞬態(tài)燃燒室流場(chǎng)。把歐拉－拉格朗日大渦模擬方法應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室兩相噴霧燃燒流場(chǎng)，對(duì)于氣相采用歐拉方法處理，分別采用混合差分

3、格式和QUICK格式對(duì)氣相控制方程進(jìn)行離散，并用SIMPLE算法進(jìn)行求解；液相采用隨機(jī)離散模型，應(yīng)用四階龍格-庫塔法求解油珠運(yùn)動(dòng)方程，在拉格朗日坐標(biāo)系下追蹤各油珠群沿各自軌道運(yùn)動(dòng)、質(zhì)量損失及能量變化過程；氣液兩相之間的耦合采用PSIC算法。數(shù)值研究了不同主燃孔布局對(duì)單頭部矩形燃燒室兩相噴霧燃燒流場(chǎng)以及污染特性的影響。 本文以MPI作為并行平臺(tái)，編制了相應(yīng)的大渦模擬并行計(jì)算程序，采用并行算法對(duì)模型加力室與環(huán)形燃燒室的燃燒流場(chǎng)進(jìn)行

4、大渦模擬，通過對(duì)單機(jī)計(jì)算結(jié)果與并行計(jì)算程序計(jì)算結(jié)果的比較可知，并行計(jì)算程序結(jié)果與單機(jī)結(jié)果一致，并且并行計(jì)算可以大大減少計(jì)算時(shí)間，其加速比基本上隨處理器個(gè)數(shù)線性增加。 為了驗(yàn)證大渦模擬計(jì)算結(jié)果，本文分別對(duì)模型加力燃燒室和單頭部矩形燃燒室進(jìn)行了相應(yīng)的燃燒實(shí)驗(yàn)，采用粒子圖像測(cè)速儀（PIV）測(cè)量了矩形燃燒室主燃區(qū)的速度矢量場(chǎng)；實(shí)驗(yàn)研究不同進(jìn)口油氣比及主燃孔布局對(duì)燃燒流場(chǎng)與污染特性的影響。實(shí)驗(yàn)研究不同進(jìn)口溫度與油氣比對(duì)模型加力燃燒室燃燒