数值模拟加力燃烧室热态流场

本文对带有隔热屏、外冷却通道和稳定器的加力燃烧室的热态流场了数值模拟。加力燃烧室中的网格划分采用了非均匀交错网络系统，应用ＳＩＭＰＬＥ算法来求解各守恒方程。采用了双方程ｋ－ε紊流模型来预估紊流特性；采用简单的单步化学反应假设的ｋ－ε－ｇ紊流燃烧模型描述紊流燃烧；采用热通量法辐射模型来估算辐射通量和壁面温度。另外还研究了在加力燃烧室外冷却气流对加气燃烧室筒体壁面进行冷却后壁温分布情况，以及Ｖ型稳定器     

数值模拟涡轴发动机燃烧室流场

本文运用贴体坐标系统对涡轴发动机燃烧室流场进行了数值模拟。采用ＴＴＭ的非正交贴体坐标网格来处理燃烧室的曲线壁面边界。并把ＳＴＭＬＥ算法应用用到曲线坐标下求解各守恒方程，紊流粘度是用双方程ｋ－ε模型来估算，紊流燃烧模型采用按简单的化学反应系统假设的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ－ＥＢＵ模型，采用热流法辐射模型来估算辐射通量和燃烧室壁温及出口温度分布，计算结果令人满意。本文提供计算方法可供新型燃烧室设计方案选择用     

隔热屏的流场计算及其屈曲分析

采用数值分析方法模拟了带有隔热屏、炎焰稳定器和尾喷口的加力燃烧室热态流场,并对隔热屏进行屈曲分析,计算中采用ｋ－ε双方程模型描述紊流特性,采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ燃烧模型计算化学反应速率。为了考虑火焰热辐射对气体温度分布的影响,用热通量法的辐射模型来估算辐射能量。在热态流场计算基础上,数值研究了发动机不同工况和隔热屏不同冷却结构及流量分配对加力室流场和隔热屏以及筒体壁温的影响。此外,还利用流场计算提供的气动和热负荷对隔热屏进行屈曲分析,根据实际情况,对隔热屏受力情况作了简化,把带波纹的隔热屏简化为圆柱壳,采用有限元方法对其屈曲模态和临界载荷进行了计算,取得了较为满意的结果。     

三维紊流燃烧室流场的数值计算

运用圆柱从标系对单管回流燃烧室进行了数值模拟。紊流粘度模型采用k-ε双方程紊流模型来估算紊流粘度，燃烧模型采用EBU旋涡破碎燃烧模型来估算化学反应速度，热辐射模型采用比较简单的DTRM模型来计算热辐射量。计算结果能比较准确地反映燃烧室流场的流动状态，同时也为复杂形状的燃烧室造型提供了方法。     

多流体模型在燃气轮机燃烧室三维反应流中的应用

对一种模型燃气轮机燃烧室中的三维反应流进行了数值模拟，模型燃烧室的燃料是CH4，燃烧类型是预混燃烧，在数值模拟过程中，采用了Spalding于1995年提出来的多流体模型来对燃烧室中的湍流预混燃烧进行了数值模拟，在数值模拟过程中考虑了辐射问题，采用了六通量辐射模型。通过数值模拟给出了速度，压力，湍流脉动动能，湍流动能耗散率，焓值，湍流粘度，温度，密度，燃烧产物质量分数，氧的质量分数，燃料/空气混合比，燃料质量分数，空间三个方向的辐射热通量以及各种流体的质量分数等变量的分布情况，此外，还采用传统的旋涡破碎模型对此燃烧室进行了数值模拟，并对两种方法的结果进行了分析比较，由分析可以看出多流体模型的结果接近于实际情况，对模型燃烧室进行三维反应流数值模拟的工作为今后对实际燃烧室反应流的数值模拟打下了一定的基础。     

波瓣形混合器加力燃烧室冷态流场特性分析

以某波瓣形混合器加力燃烧室三维模型为研究对象,采用CFD方法对模型进行数值分析,建模时重点对波瓣形混合器和环形火焰稳定器进行网格加密。以飞行试验工况点获取的低压涡轮后总温、总压结合Gasturb软件计算出加力燃烧室出口的总温、总压作为整体流场CFD计算的边界条件进行计算。计算结果表明：经过波瓣形混合器后,内、外涵气流能够在较短轴向距离充分混合,总压恢复系数最大为0.984;在接近出口处热混合效率达到0.516;气流经过环形火焰稳定器后,形成明显的低压回流区,且在出口处截面静压分布均匀,因此该加力燃烧室模型具有非加力状态流阻小的特点。通过对该型加力燃烧室流场特性分析,为加力燃烧室加力接通前内部参数获取提供技术支撑。     

加力燃烧室污染特性计算

通过数值模拟方法，预估某型涡扇发动机加力燃烧室污染性能。采用κ－ε双方程模型描述紊流特性；采用修正的κ－ε－ｇ紊流燃烧模型和两步反应系统，来估算燃烧流场。其中ＣＯ和ＮＯ浓度都通过求解其紊流输运方程得到，而碳粒浓度采用多维经验分析法获取。对最大状态和加力状态等１８种飞行工况下加力室流场和污染性能进行了数值计算。     

燃气轮机燃烧室液雾自燃延迟时间预测方法

为减少一体化加力燃烧室内支板火焰稳定器高度与进口试验参数较高所导致的昂贵基础试验成本,采用经试验数据验证的数值计算方法,对不同高度的一体化模型加力燃烧室燃烧性能进行数值模拟,分析模型加力燃烧室高度变化和侧壁边界层效应对一体化加力燃烧室回流区、总压恢复系数以及燃烧效率的影响。在保持空间油雾场分布均匀与阻塞比一致的前提下,简化扇形加力燃烧室模型为矩形加力燃烧室模型,其中模型加力燃烧室高度H分别为200,150和100 mm,总长L=1 480 mm,宽B=125 mm。结果表明：模型加力燃烧室高度的降低对燃烧性能影响较小,其中回流率最大降幅为0.16%,总压恢复系数最大降幅为0.15%,燃烧效率的最大降幅为1.9%;模型加力燃烧室侧壁面边界的引入对燃烧性能影响较小,回流率、总压恢复系数最大降幅均小于1%,燃烧效率的最大降幅仅为0.7%;可以采用单支板火焰稳定装置降低高度的方法简化试验件设计。     

非下交曲线坐标系数值模拟加力燃烧室湍流两相流燃烧

采用双流体模型对航空发动机加力燃烧室的湍流两相流燃烧过程进行了数值模拟，数值计算方法为非正交曲线坐标下非交错网络的SIMPLE方法，差分网络分区方法生成，计算时对整个流场进行分区迭代直至得到收敛结果。气相化学反应速率用涡旋破碎模型（EBU），充分考虑两相之间的质量、动量和能量的相互作用，数值模拟结果合理。     

不同亚网格尺度应力模型在燃油喷雾大涡模拟中的应用

亚网格尺度应力模型是影响大涡模拟结果的一个关键因素.在K-方程亚网格湍动能模型的基础上,对其它比较常用的3种代数模型(Smagoringsky模型、动态Smagoringsky模型和WALE模型)在燃油喷雾中的适用性作了探讨.在定容弹中采用3个不同的燃油喷雾试验作为数值模拟的验证对象,分析了喷雾的演变过程.并将其应用于...     

Flow Field Calculations for Afterburner

Ｆｌｏｗ　Ｆｉｅｌｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ＡｆｔｅｒｂｕｒｎｅｒＦｌｏｗＦｉｅｌｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒＡｆｔｅｒｂｕｒｎｅｒ￥ＺｈａｏＪｉａｎｘｉｎｇ；ＬｉｕＱｕａｎｚｈｏｎｇ；ＬｉｕＨｏｎｇ（ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔ...     

汽油发动机富氧燃烧特性研究

以汽油机为例对内燃机的燃烧过程进行分析,建立燃烧模型和排放物生成模型。对燃烧放热效率及生成物进行理论计算,分析富氧燃烧对发动机功率及排放的影响。通过实验验证,富氧燃烧能够提高发动机的功率,同时降低HC及CO的排放,但是NO的生成有所增加。     

汽油发动机富氧燃烧分析

以汽油机为例对内燃机的燃烧过程进行分析,建立燃烧模型和排放物生成模型。对燃烧的放热效率及生成物进行理论计算,分析富氧燃烧对发动机功率及排放的影响。通过实验验证富氧燃烧能够提高发动机的功率,同时能降低HC及CO的排放,但是NO的生成有所增加。     

新型高压缩比稀混合气492QS车用汽油机燃烧特性与氧化氮排放的研究

对采用射流燃烧室的新型高压缩比稀混合气492QS车用汽油机，在单缸机实测示功图和NOx排放数据基础上，结合由新改进的多区燃烧分析模型经计算得到的燃烧放热率、已燃气体平均温度、NOx生成率等有关结果，分析了燃烧特性与NOx生成特性之间的关系。从而既为该燃烧系统的深入研究及推广应用提供了理论依据。又展示了在汽油机中较好地解决兼顾性能与NOx排放的一种技术途径。     

湍流燃烧NO生成反应率数值模拟的研究现状与进展

利用计算机数值计算来模拟氮氧化物的生成和优选降低氮氧化物的各种措施，已经受到广泛重视．如何建立合理而经济的数学模型，是其中的关键问题之一．本文从热NO和燃料NO两方面着重介绍了近年来湍流燃烧NO生成湍流反应率数学模型及数值模拟的研究现状及发展趋势，对模拟结果进行了分析，并给出了比较详细的模型方程及代数表达式，便于相关研究人员与工程技术人员参考．     

NO_x生成湍流反应率的二阶矩-PDF数值模拟

将对 NOx 生成湍流反应率模拟的二阶矩模型和设定 PDF模型结合起来 ,提出一种氮氧化物生成湍流反应率的二阶矩 - PDF模型 ,以兼顾解决工程问题的合理性和经济性 ,并对甲烷空气燃烧中的 NOx 生成进行了数值模拟     

Heat transfer in HCCI multi-zone modeling: Validation of a new wall heat flux correlation under motoring conditions

The present study focuses on the development and a preliminary validation of a heat transfer model for the estimation of wall heat flux in HCCI engines via multi-zone modeling. The multi-zone model describes heat flow between zones and to the combustion chamber wall. Mass, species and enthalpy transfer, which affect the temperature field within the combustion chamber, are also considered between zones, accounting for the convective heat transfer terms. The multi-zone heat transfer model presented herein has been developed for HCCI combustion simulation and although it has been used in the past, its validation was based on cylinder pressure data under firing conditions. In the present study a more accurate validation of the model is conducted. This is achieved by comparing the multi-zone model heat loss rate predictions to the corresponding predictions of a validated CFD code. The cases examined correspond to actual motoring cases, against which the CFD code has been validated in a previous work. Moreover, a sensitivity analysis is presented, to assess the effect of the zone configuration, i.e. zone thickness and number, on the predicted heat loss rate and temperature profiles. In addition, a comparison is made between the results obtained from the proposed heat flux correlation and one in which the temperature gradient at the wall is approximated via finite differences.     

汽油机双焰区准维燃烧分析模型

本文针对具有双火焰区燃烧方式的汽油机射流燃烧过程提出了准维分析模型.本模型不仅可以计算出燃烧放热率,燃气平均温度,NO生成规律,还可提供各火焰区的紊流燃烧速度、紊流传播速度和火焰速比等重要参数.计算结果表明,运用本模型可成功地对双焰区汽油机射流燃烧过程进行多方面的综合研究.     

Numerical Study of the Swirl Effect on a Coaxial Jet Combustor Flame Including Radiative Heat Transfer

A numerical study of the swirl effect on a coaxial jet combustor flame including radiative heat transfer is presented. In this work, the standard k-ε model is applied to investigate the turbulence effect, and the eddy dissipation model (EDM) is used to model combustion. The radiative heat transfer and the properties of gases and soot are considered using a coupled of the finite-volume method (FVM), and the narrow-band based weighted-sum-of-gray gases (WSGG-SNB) model. The results of this work are validated by experiment data. The results clearly show that radiation must be taken into account to obtain good accuracy for turbulent diffusion flame in combustor chamber. Flame is very influenced by the radiation of gases, soot, and combustor wall. However, swirl is an important controlling variable on the combustion characteristics and pollutant formation.     

Numerical investigation of combustion with non-gray thermal radiation and soot formation effect in a liquid rocket engine

A numerical analysis was carried out in order to investigate the combustion and heat transfer characteristics in a liquid rocket engine in terms of non-gray thermal radiation and soot formation. Governing gas and droplet phase equations with PSIC model, turbulent combustion model with liquid kerosene fuel, soot formation, and non-gray thermal radiative equations are introduced. A radiation model was implemented in a compressible flow solver in order to investigate the effects of thermal radiation. The finite-volume method (FVM) was employed to solve the radiative transfer equation, and the weighted-sum-of-gray-gases model (WSGGM) was applied to model the radiation effect by a mixture of non-gray gases and gray soot particulates. After confirming the two-phase combustion behavior with soot distribution, the effects of the O/F ratio, wall temperature, and wall emissivity on the wall heat flux were investigated. It was found that the effects of soot formation and radiation are significant; as the O/F ratio increases, the wall temperature decreases. In addition, as the wall emissivity increases, the radiative heat flux on the wall increases.