多旋流烧嘴加热炉内冷态流场的数值模拟研究

在任意拉格朗日－欧拉（ALE）框架下，采用有限体积法开发了三维非定常流体流动的数值计算程序，利用该程序对包钢多旋流平焰烧嘴步进式加热炉内的冷态流动场分布进行了计算模拟，并与无旋流烧嘴加热炉内场进行了比较，发现多旋流烧嘴加热炉内的流场分布更加合理，且与生产中所观察到的情况一致，对生产实际有重大的指导意义。     

联焰板宽度对单凹腔驻涡燃烧室流线形态的影响

为了研究联焰板宽度对单凹腔驻涡燃烧室流线形态的影响,设计了一个带扩压器和内外机匣的单凹腔驻涡燃烧室,并在此基础上进行了常温、常压状态下的冷态流场试验,试验中设置联焰板宽度分别为40、30、20 mm。研究结果表明:在主流中心截面(PM)上,凹腔内存在双涡流动结构,主涡位于凹腔的中间位置,副涡位于主涡与主流之间;在联焰板中心截面(PA)上,不同的联焰板宽度会形成两种不同的流线形态,当联焰板宽度较宽时,凹腔内为单涡流动结构,仅存在主涡结构,主涡回流气流沿联焰板向火焰筒下壁面流动;当联焰板宽度较窄时,凹腔内为双涡流动结构,主流气流卷入联焰板后方。     

涡激振动小圆柱对翼型气动力影响的数值研究

在大攻角来流时,翼型吸力面气流常产生流动分离现象,使翼型气动性能恶化。针对大攻角情况下的流动分离现象,本文在翼型前缘加入控制柱,通过数值仿真探究发生涡激振动的小圆柱对于翼型气动力的影响。基于计算流体力学、结构动力学和嵌套网格技术,本文建立了二维流固耦合模型。以NACA0012翼型为例,对翼型前缘设置涡激振动圆柱的流场情况进行模拟,并且对比了静止圆柱与振动圆柱情况下的流场变化。通过流线图和涡量云图分析了小圆柱流动控制的机理。仿真结果表明：设置静止小圆柱可以提高大攻角下的翼型升阻比,使小圆柱产生涡激振动之后,能够进一步有效地提高大攻角下的翼型升阻比50%以上。涡激振动小圆柱的引入在大攻角条件下对提升翼型升阻比具有显著效果,为改善翼型气动性能提供了一种有效的流动控制手段。     

平展流冷态湍流场的PIV分析

针对单烧嘴湍流平焰燃烧冷态实验模型,采用粒子激光测速(PIV)技术对烧嘴下方的主要燃烧区速度场(350 mm×250 mm)进行了测量,得出在旋流强度为1.76,空气量/煤气量为19.39下的径向速度和轴向速度分布.实验研究发现,平展流由回流区、附壁射流区和过渡区组成,同时分析了3个区域内径向速度和轴向速度的变化规律,得到了二维速度场分布的特点.     

钝体角度及阻塞率对回流区长度影响的等温数值研究

针对钝体的角度及阻塞率对回流长度的影响问题,本文用SIMPLEST算法对有限空间内的平面直流射流在等温条件下冲击三角形钝体后形成流场进行了数值模拟。比较了钝体角度以及阻塞率变化对回流区长度的影响,为钝体燃烧器的进一步应用提供流场参数。     

平焰燃烧主要燃烧区冷态轴向速度场的PIV研究

针对单烧嘴湍流平焰燃烧冷态模型实验(1∶1),采用粒子激光成像测速(PIV)技术对烧嘴下方的主要燃烧速度场进行了测量,得出在旋流强度为1.76,空气量/煤气量=13.68时的速度场;速度场主要由回流区和贴附射流区组成;主要探讨了2个区域轴向速度的分布特性,为后续热态实验研究打下基础.     

矩形方腔湍流自然对流数值模拟研究

利用Lam—Bremhorst低雷诺数湍流模型,对流项差分格式采用QUICK格式,结合非稳态计算方法,对矩形方腔自然对流问题进行了数值模拟研完。计算结果表明：随着时间的推进,流场逐渐稳定,最后趋于定常;将最终稳定的速度场与实验和大涡模拟结果进行比较,发现数值模拟能准确地预测出速度场、温度场以及湍动能场。     

加装涡流发生器S形进气道迎角特性数值研究

为了研究加装涡流发生器后S形进气道在不同来流迎角下的内流特性,利用CFD方法对加装涡流发生器前后的S形进气道迎角特性进行了数值仿真,首先通过在已有的S形进气道内部安装涡流发生器来改善出口流场分布,给出了涡流发生器的设计参数,包括导流叶片的高度、弦长、攻角和安装站位(轴向站位和横向站位),其次,分析了不同迎角下,加装涡流发生器前后S形进气道内流特性的变化．分析结果表明,在正负10°迎角范围内,加装涡流发生器都能够改善S形进气道出口流场品质,周向畸变指数平均下降0.1,但对出口总压恢复系数没有改善．在大迎角情况下,由于进口气流产生分离,涡流发生器已无法对来流进行有效的导向作用,从而导致出口流场变得异常紊乱,周向畸变指数陡增．这些分析结果对涡流发生器的设计有一定的指导意义．     

凹腔超声速燃烧室燃烧流场数值模拟

对带凹腔结构的燃烧室二维甲烷燃烧流场进行数值模拟,采用迎风三阶精度MUSCL格式求解二维含组分守恒N-S方程,湍流模型采用剪切修正的RNG κ-ε湍流模型,分别分析了凹腔不同长深比和导流槽结构对燃料燃烧的影响．对喷甲烷燃烧工况进行了计算研究,结果表明：凹腔可以提高燃烧效率,却使总压恢复系数降低;凹腔的长深比越大,燃烧效率越高,总压恢复系数越低;导流槽可以在总压恢复系数较高的情况下进一步提高燃烧效率．     

可控活化热氛围燃烧器温度场的模拟

在试验的基础上,利用仿真计算的方法对可控活化热氛围燃烧器的温度场进行了研究,探讨了中央射流、中央射流速度、协流温度及协流速度对燃烧器温度场的影响,找出了此燃烧器温度场的稳定区域,该结果对试验的设计具有一定指导意义。     

Numerical and experimental investigation on emission performance of a fuel staged combustor

The low NOx emission technology has become an important feature of advanced aviation engine.A wide range of applications attempt to take advantage of the fact that staged combustion under lean-premixed-prevaporized(LPP)conditions can significantly cut down emission and improve combustion efficiency.This paper proposes a scheme with fuel centrally staged and multi-point injection.The mixing of fuel and air is improved,and the flame temperature is relative low in combustion zone,minimizing the formation of nitrogen oxides(NOx),especially thermal NOx.In terms of the field distribution of equivalence ratio and temperature obtained from Computational Fluid Dynamics(CFD),a chemical reactor network(CRN),including several different ideal reactor,namely perfectly stirred reactor(PSR)and plug flow reactor(PFR),is constructed to simulate the combustion process and predict pollution emission.The influences of the pilot equivalence ratio and percentage of pilot/main fuel on NOx and carbon monoxide(CO)emission were investigated by CRN model.The effects of the pilot fuel and primary fuel on pollution emission were investigated experimentally.Finally,the effects of pilot equivalence ratio and pilot fuel proportion on NOx emission were discussed in detail by comparing predict of CRN and experimental results.     

Numerical simulation on influence of jet angle on jets characteristics in flowing ambient fluid

Based on the stress-algebraic model,the turbulent buoyant jet with variable density was studied by the relation between density and concentration.A simple expression for buoyancy coefficient was proposed.The governing equations of turbulent buoyant jet with variable density were closed by introducing the expression of β and the relation between density and concentration.Numerical results for the jet axis with density difference agree well with experimental ones.By finite volume method,the 2-D vertical jet's flow field with different jet angles was studied.The analysis of the relation among the vortex center,the position of separation point and jet angles shows that the circumfluence field is the largest when the jet angle is 90°.The area turbulent kinetic energy kA is proposed and the relationship between mixing intensity and jet angles is analyzed based on it.Results show that the jet angle of is the optimum condition for jet water mixing with environment water;and the reduced rate of difference between the centerline density of jet and the density of ambient water is the largest at the jet angle of 90°.     

喷腾型分解炉内冷态流场的模拟与优化设计

为掌握分解炉内流场特性,应用标准k-ε双方程模型和SIMPLE方法对喷腾型分解炉内部三维湍流冷态流场进行了数值模拟与分析.重点分析了带旋流的三次风、柱体的尺寸和中部缩口对分解炉内气体流场特性的影响规律.研究表明:喷腾型分解炉内流场基本为喷射流,其物料的分散主要受轴向风的纵向作用.通过增加分解炉的高度、增设中部缩口和带旋流的三次风,气体运行迹线的长度因旋流效应、尺寸效应和二次喷腾作用而延长,从而增加了气流在分解炉的停留时间.     

重力场对通气超空泡影响的数值模拟研究

基于混合网格,运用N-S方程及k-ε湍流模型对均质流域求解,应用空泡多相流模型模拟重力场中三维三相通气超空泡流问题.将模拟结果与实验结果相比较,二者近似.此外,利用文献中由实验验证的经验公式对比仿真结果,二者变化规律一致,平均误差小于11%,平均值实验标准差置信概率为89.15%.     

Numerical simulation study on the influence of the ground stress field on the stability of roadways

We adopt the concept of generalized plane strain to model a roadway in a stress field.This can avoid limitations caused by simplifying the stress analysis as plane strain.FLAC3D was used to investigate the maximum tensile stress and displacement of a roadway in a known stress field for angles,α,between the roadway axial direction and the maximum principal stress of 0°,30°,45°,60° and 90°.This theory was applied to the analysis of an engineering case.The results indicate that stress and displacement of the surrounding rock increase as the angle,α,increases.This provides some significant guidance for a reasonable layout of roadways in a known stress field.     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．