一种中空离心式喷嘴流场特性的研究

利用VOF(volume of fluid)方法和realizable湍流模型对中空离心式喷嘴的气液两相流动进行了数值模拟,并将模拟结果与实验数据进行了对比,两者结果吻合良好。模拟结果表明:旋流室内压力随半径的减小而减小;在中心1/3半径范围内存在低压区,其存在将会引起喷口外部空气抽吸,形成空气心,空气心半径越大,液膜越薄,在大于1/3半径区域内有较高的动压,将引起液膜在该区域扩展喷淋。喷嘴出口处液相体积分数为1,离喷口距离越远,液相体积分数越小;出口速度随入口压力的增大而增大,出口速度的方向以及喷嘴内流体迹线图表明了液体是旋转流出喷嘴的。     

离心式喷嘴喷雾数值仿真研究

为了提高航空发动机喷嘴喷雾性能,利用多相流技术和雷诺应力湍流模型,对离心式喷嘴的副油路进行数值模拟,并将出口流量模拟结果与实验数据进行对比,两者结果吻合良好。模拟结果表明:对旋流槽等喷口附近区域进行网格细化可以得出与实际相符的流体对称分布仿真结果;92°锥角的喷嘴喷雾分布、雾化角优于90°锥角,改变喷嘴内部锥度可以改善其雾化特性。     

掺混燃油在离心喷嘴内的流动与雾化特性研究

燃料性质的改变会导致雾化特性的变化,针对乙醇掺混航空煤油在离心式压力雾化喷嘴内的流动与雾化特性开展了研究。通过耦合流体体积法(VOF)和离散相模型(DPM),研究了不同乙醇掺混体积分数下掺混燃油在离心式喷嘴中的内部流动和外部雾化过程。研究结果表明：在压差不变时,喷嘴内空气芯直径随着掺混燃油内乙醇体积分数的增加而增大;而液膜厚度则与空气芯直径成反比,随着乙醇体积分数的增加而减小。喷嘴出口的速度随着乙醇体积分数的增加而增大;在油膜表面的波动及气动力的共同作用下,油膜失稳形成液滴,获得了不同比例下掺混燃油在喷雾外流场内的喷雾粒径分布特征,随着掺混乙醇体积分数的增加,液滴的平均直径逐渐减小。     

喷嘴安装角对横向气流中雾化液滴粒径影响的研究

建立了旋流喷嘴雾化的数值计算模型,将计算结果与静止大气环境下液滴粒径的试验数据进行了对比,证明该数值计算模型的准确性.利用数值计算方法,研究了旋流喷嘴在不同安装角下,喷雾进入横向气流场后液滴Sauter直径(SMD)的变化规律,给出了喷嘴出口下游矩形管道中不同截面上雾化液滴粒径的分布情况.结果表明:对于压力旋流喷嘴,安装角与液滴统计粒径呈多值关系;随着喷嘴安装角的增大,液滴粒径的分布变宽.     

重型燃气轮机燃烧室流动特性研究

为了探究燃烧室流动特性,为燃气轮机燃烧室设计改型、燃气轮机的安全稳定运行及合理的组织燃烧室流场提供参考依据,本文基于某重型燃气轮机分管型燃烧室,建立了预混燃烧模式下燃烧室三维数值仿真模型,采用数值模拟方法研究了燃烧室温度场、压力场、速度场以及主要组分浓度场的分布规律。结果表明:燃烧室旋流喷嘴下游中心区域为局部高温区,在喷嘴射流区存在低温区域,燃烧室中后部温度高于燃烧室头部温度;燃烧室头部压力较大,后部压力分布趋于均匀;燃烧室喷嘴及燃烧室头部区域,回流区域明显;旋流喷嘴附近NOx质量分数最大。     

横向流速度对旋流式喷嘴雾化影响的数值分析

为了研究横向流速度对旋流式喷嘴雾化的影响,通过对旋流式喷嘴在横向流场中的雾化场进行数值模拟;模拟结果给出了喷雾流场随横向流速度变化的规律,并得到了不同横向流速度下喷雾液滴的索特平均直径（SMD）,进一步分析了喷嘴出口下游截面雾化粒径的分布情况。     

双路离心式喷嘴雾化锥角的数值研究

利用Fluent软件,基于VOF（Volume—Of—Fluid）两相流模型对双路离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟。分别模拟喷嘴主油路单独供油、副油路单独供油与主副油路同时供油时雾化锥角,计算较好扑获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得喷嘴内压力分布、速度分布、相分布与雾化锥角,反映出该双路离心式喷嘴内流动特点,将计算结果与试验结果进行了对比分析。     

壁面约束对旋流流场影响的实验研究

为深入认识旋涡流动的受限特征以及解决一些文献中出现的分歧,使用2D-3C粒子影像测速仪(PIV)研究了壁面约束对某典型非预混旋流杯的冷、热态流场的影响。实验结果表明:开放空间下流场存在中心回流区,旋流杯出口锥形渐扩段扩张角决定射流宽度,进而影响回流区宽度。流场受限时,回流区收缩变窄,轴向射流峰值速度增大且贴着壁面内侧运动;此外,脉动速度分布特征发生显著变化。入口雷诺数增大导致射流轴向速度、回流强度以及流动湍流度都变大,但回流区结构和脉动速度分布特征几乎没有改变。相对于冷态流场,燃烧工况的回流区明显变短,并且燃烧放热使射流速度和脉动速度都显著增大。较大的速度波动主要分布在旋流射流和回流区的边界附近,即速度剪切层中。     

不同湍流模型对强旋流动的数值模拟

在径向浓淡旋流煤粉燃烧器单相冷态试验的基础上，充分考虑旋转对湍流流场的影响，有用k-ε双方程及其修正模型和二阶矩雷诺应力模型（DSM），对流旋煤粉燃烧器出口强旋流场进行了数值模拟。数值计算结果表明：k-ε双方程模型定性上可以预报出强旋流场的主要特点，但回流区的预报区域偏大，轴向速度的预报结果与试验值有一定差距，预报的回流速度偏低，速度衰减过快，这是由于k-ε湍流模型采用了较多的简化和未考虑旋转对湍流的影响。采用基于旋转体系使湍流脉动加强和削弱两种作用的修正方法对k-ε双方程的湍流耗散率方程进行修正。计算结果表明：从旋转体系可使湍流能量加强出发的Bardina涡量修正方法，预报回流区范围较标准k-ε湍流模型缩小，更加接近于试验值。其计算结果优于使湍流 脉动削弱的Richardson修正。DSM模型对轴向回流速度和切向速度后期分布预报结果较上述模型有较大改善，可体现出湍流雷诺应力非均匀各向异性的特点，虽然此模型仍有收敛速度慢、计算时间长的缺点，但对预报强旋流动是一个精度较高、极具潜力的方法 。图9参11     

旋流数对某环管型燃烧室内燃烧及NOx生成特性的影响

采用数值模拟的方法对主喷嘴不同旋流数下某重型燃气轮机环管型燃烧室内流场、温度场和热力型NOx生成规律进行分析。结果表明：燃烧室内主喷嘴出口形成主回流区,根部贴近壁面处形成外部回流区;值班喷嘴出口处形成中心回流区;值班喷嘴出口扩散火焰区域与外部回流区温度较高,热力型NOx生成速率明显加快;旋流数增大,主回流区范围增大,外部回流区范围减小,中心回流区消失;燃烧峰值温度略有降低,高温区范围明显减小,热力型NOx生成速率降低;适当增大主喷嘴旋流数有利于控制NOx排放。     

Y型喷嘴液膜随机破碎模型研究

采用Monte—Carlo法，综合考虑Y型喷嘴液膜破碎过程中表面扰动波长、液膜厚度及初始雾化液滴速度等分布的随机性，结合混合孔内气、液两相流动及二阶段雾化模型，建立Y型喷嘴雾化液滴粒度分布模型。利用FAM型激光粒度仪对实验喷嘴的雾化特性进行测试，测量结果与模型预测结果吻合较好。     

环形进出口旋流燃烧室内有回流的湍流旋流流动的数值模拟

对环形进出口旋流燃烧室内有较强回流的湍流旋流流动进行了数值模拟。计算中分别采用了完整形式与简化形式的新的代数Reynolds应力模型及κ－ε模型。模拟结果与实验测量数据在气体轴向与切向时均速度和轴向、切向与径向湍流脉动速度均方根值分布上的对比表明，新的代数应力模型可预报出旋流燃烧室内范围较大的中心回流区，气体切向速度分布的Rankine涡结构，以及湍流脉动的各向异性。     

多流体碱雾发生器内蒸发喷雾射流的数值模拟

通过对多流体碱雾发生器中伴随气固两相流的蒸发喷雾射流的数值模拟,得到了碱雾发生器内气液固三相的速度矢量场.计算结果表明,气体轴向速度呈中间高两头低的对称分布;对于不同粒径的液滴,呈现出不同的空间分布规律,大液滴由于惯性大,可以穿越周围的气流区,比小液滴有更大的扩展角;在喷嘴出口2倍管道直径区域,由于雾化液滴与固体颗粒存在较大的速度差,有利于固体颗粒的碰撞增湿.     

基于VOF-DPM模型的离心喷嘴中的燃油流动及雾化特征研究

针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究。分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比。结果表明：VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降。     

空气雾化喷嘴在横向流动中的喷雾特性研究

采用激光雾滴粒径分析仪(Malvern)测试不同方案结构的空气雾化喷嘴单元在横向流动中的喷雾特性,并测试了基础双环预混旋流结构和加装空气雾化喷嘴改进结构的喷雾特性。结果表明:空气雾化喷嘴在横向流动中的喷雾特性随工况条件改变而产生的变化趋势符合雾化的基本原理;基础结构和改进形式双环预混旋流结构的对比显示改进结构在各个工况下喷雾的液滴索太尔平均直径SMD明显减小,在出口附近液滴分布更加均匀。说明当主燃级采用空气雾化喷嘴时,可以明显的提高其雾化性能,有利于改善油气混合。     

短焰型旋流喷嘴内流场数值模拟

为缩短喷嘴火焰长度,提高燃料燃烧效率,节约后勤部门能源消耗,设计了一种在旋流锥顶部开有不同尺寸内凹圆槽的短焰型旋流雾化喷嘴.建立喷嘴内流场的物理模型和数学模型,选择RNG k-ε湍流模型和VOF多相流模型进行数值模拟.模拟结果表明,内凹圆槽尺寸的变化影响了液膜的厚度,产生了不同的中空旋流雾化效果,为短焰型喷嘴的设计提供...     

某型燃气轮机燃烧室预混燃烧流场数值研究

本文以某型燃气轮机燃烧室为模型,采用数值方法对其内部流场结构以及NO_x排放进行了研究。结果表明,燃烧室回流区由环形射流、中心回流、各旋流喷嘴中心回流、相邻旋流喷嘴之间的低速小回流以及在侧壁面与端壁之间形成的角落回流等5种不同流型共同组成;旋流数增加(0.6269~0.9403),燃烧室内回流区的体积减小,火焰长度减小,火焰根部向喷嘴端移动,燃烧室出口平面温度分布更均匀,燃烧室NO_x排放降低。     

入流条件对同轴射流旋流燃烧室内湍流流动模拟的影响

应用一种新的代数Reynolds应力模型对同轴射流旋流燃烧室内两股射流为同向旋转和反向旋转条件下的湍流旋流流动进行了数值模拟。为得到合理的流场分布结果，研究了入流条件对同轴射流旋流燃烧室内湍流流动模拟结果的影响。计算中对旋流燃烧室进口处两股旋转射流的轴向与切向速度采用了均匀分布和实验测量分布两种方式来给定。将两种进口速度分布条件下得到的燃烧室内气体轴向与切向速度分布计算结果与实验数据进行了比较。     

旋流喷嘴缩放型出口的流动特性

利用VOF(volume of fluid)方法对旋流式喷嘴气液两相流动进行了数值模拟.分析了缩放型出口结构功能和其内的流场特征.结果表明,喷嘴出口处液膜厚度和速度分布存在周向不均匀性.旋流室与出口段的结构连接方式较充分地利用了旋流室的加速功能,但也会造成流场方向强烈扭曲.随入口压力增大,出口液体的径向、切向和轴向速度均增大,而液体速度方向变化微小.收缩段和喉部上部对液体有加速作用;喉部能较平滑的引流;扩张段损耗了液体速度,但足够长的扩张段有控制液体喷淋方向作用.     

冷态花瓣形旋流燃烧器回流区特性分析

建立了花瓣形旋流燃烧器的物理模型,采用Fluent软件对不同内二次风切向速度下花瓣形旋流燃烧器出口的流场进行了数值模拟,分析了其回流区特性,并与冷态下的试验结果进行比较.结果表明:花瓣形旋流燃烧器能在瓣峰后形成轴向和径向回流区,径向的对流换热能起到很好的稳燃效果,提高了对低品质煤种的适应性;在一定范围内,切向速度越大,轴向回流区形成越快,但过大的切向速度会使径向回流区的面积减小.