航空發(fā)動機燃燒室燃燒流場大渦模擬的研究.pdf

1、為了解航空發(fā)動機燃燒室內(nèi)部氣流速度、溫度以及污染物濃度分布，本文分別對模型加力燃燒室、環(huán)形燃燒室火焰筒燃燒流場及包括擴壓器、內(nèi)外環(huán)冷卻通道在內(nèi)的某航空發(fā)動機模型燃燒室整體流場進行大渦模擬。分別數(shù)值研究了不同的進口條件、亞網(wǎng)格尺度模型以及差分格式對燃燒流場的影響。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。在交錯網(wǎng)格體系，大渦模擬二維直角坐標系和貼體坐標系下模型加力室預(yù)混燃燒流場。采用TTM與分區(qū)法生成三維貼體網(wǎng)格，在非交錯網(wǎng)格體系與三維任意曲線坐標系下，分別對燃燒室預(yù)混燃燒和兩相噴霧燃燒流場進行大渦模擬，發(fā)展了一種即時傳遞信息的多區(qū)域耦合法求解瞬態(tài)燃燒室流場。把歐拉－拉格朗日大渦模擬方法應(yīng)用于航空發(fā)動機燃燒室兩相噴霧燃燒流場，對于氣相采用歐拉方法處理，分別采用混合差分

3、格式和QUICK格式對氣相控制方程進行離散，并用SIMPLE算法進行求解；液相采用隨機離散模型，應(yīng)用四階龍格-庫塔法求解油珠運動方程，在拉格朗日坐標系下追蹤各油珠群沿各自軌道運動、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單頭部矩形燃燒室兩相噴霧燃燒流場以及污染特性的影響。 本文以MPI作為并行平臺，編制了相應(yīng)的大渦模擬并行計算程序，采用并行算法對模型加力室與環(huán)形燃燒室的燃燒流場進行

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