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。     

旋流燃烧室内丙烷湍流燃烧的数值模拟

提出并建立了丙烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数模型．应用该模型对旋流燃烧室内的丙烷湍流燃烧进行了数值模拟．计算中分别采用了Kiehne和Jones的两种丙烷四步反应机理．结果表明，基于Kiehne机理可得到与实验相符合的气体轴向与切向速度，轴向脉动速度均方根值和温度，以及氧气、二氧化碳、丙烷、一氧化碳与氢气体积分数的分布．     

分级进风旋流燃烧室内湍流燃烧的数值模拟

应用考虑湍流-化学反应相互作用的代数二阶矩-概率密度函数(PDF)湍流燃烧模型,对分级进风旋流燃烧室内两组工况下的甲烷湍流燃烧进行了数值模拟,得到的二氧化碳浓度和气体轴向脉动速度均方根值分布与实验数据相符合,得到的气体轴向和切向速度、轴向一切向脉动速度关联量、温度和氧气浓度分布与实验数据基本相符合.研究结果表明,选取适当的二次风率可以起到优化燃烧过程的作用.     

旋流燃烧室内甲烷湍流燃烧的数值模拟

为合理考虑湍流-复杂化学反应的相互作用,建立了甲烷湍流四步反应的温度脉动简化概率密度函数(PDF)模型.应用该模型对TECFLAM燃烧室内的甲烷湍流旋流燃烧进行了数值模拟,得到了与实验相符合的气体轴向、径向与切向速度、温度、温度脉动均方根值及甲烷、氧气、二氧化碳与水蒸气质量分数分布.得到的一氧化碳和氢气质量分数分布与实验基本符合.     

旋流对天然气高温空气燃烧特性影响的数值模拟

以工业炉的高温空气燃烧技术应用为背景,对一个新型轴向旋流式单烧嘴燃烧室内天然气的高温空气燃烧特性进行了数值研究。采用数值模拟的方法研究了同心式轴向旋流燃烧器（HCASbumer）中螺旋肋片的旋转角度对燃烧特性的影响,其中湍流采用Reynolds应力模型,气相燃烧模拟采用β函数形式的PDF燃烧模型,采用离散坐标法模拟辐射换热过程,NOx模型为热力型与快速型。计算结果表明,对预热空气采用旋转射流时,能明显降低NOx生成量。对于HCAS型燃烧器,随着空气射流旋转角度的增大,燃烧室内的回流区域增大增强,降低了局部的氧体积分数分布,燃烧室中平均温度和最高温度都有所增加,且燃烬程度大幅度提高,而局部高温区缩小,只在靠近入口处出现。总的NOx排放量随着空气射流旋转角度的增大先减小,后增大。因此,适当调整肋片的旋转角度可以降低NOx生成量。     

甲烷/空气典型混合模式在约束空间内的燃烧特性研究

燃料质量浓度分布在一定程度上影响混合气体的燃烧效率,能使燃气充分混合的同轴射流、旋片同轴、轴切结合、切向旋流等典型混合模式在航空发动机、燃气轮机及火箭发动机等先进燃烧技术应用中较为常见。因此,设计了甲烷/空气部分预混的燃烧实验装置,较为系统地实验研究了旋流数和轴向流速对混合气体在约束空间燃烧室内燃烧特性的影响。结果表明：对于有中心射流的混合结构,燃气轴向流速较低时产生黄色火焰,增大轴向流速,黄色火焰转为蓝色湍流火焰,且温度分布趋于均匀;纯切向旋流燃烧器的掺混效果较好,受燃气轴向流速的影响小,火焰结构稳定,均为蓝色火焰,温度轴/径向分布均匀且趋势一致,同当量比下燃烧产物中的污染物体积分数最小。     

旋流燃烧室内等温流场特性的研究

采用三维轴对称RNG k ε湍流模型模拟了微型燃气轮机旋流燃烧室内的等温流场,用粒子测速仪(PIV)测量了旋流燃烧室内不同截面位置的速度矢量分布。对数值模拟结果与实验数据进行了比较分析,研究结果表明:旋流空气在燃烧室头部形成回流区,PIV实验测量的中心回流区范围小于计算结果,燃烧室中心轴的速度小于周围区域的速度,旋流燃烧室内的环向速度衰减较慢,燃烧室内充满旋流。在实验过程中,发现垂直于轴向的横截面PIV测量结果优于轴向截面的PIV测量结果;适当地增加光面厚度,有利于捕捉到更多的粒子,提高测量精度。图6参7。     

外二次风旋流数对燃烧室内湍流燃烧与NOx生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室实验装置。在此实验装置上分别对天然气进行了湍流旋流燃烧的实验研究。在保持过量空气系数不变的条件下,测量了在不同外二次风旋流数下,燃烧室内烟气的时均温度场,O2,CO2,CO和NO浓度场的分布。由实验结果分析讨论了二次风旋流数对旋流燃烧室内湍流燃烧及NOx生成的影响。     

管道中旋流喷嘴雾化流场的速度分布特性

离心式旋流雾化喷嘴内流场的速度分布决定了喷嘴的雾化性能。利用VOF两相流模型和RNG k-ε湍流模型对管道中减温水通过旋流喷嘴雾化并与过热蒸汽混合的整个流动过程进行了三维数值模拟,获得了喷嘴雾化场的流动过程,着重分析了内外流场的速度分布特性。研究表明:流体通过离心式旋流喷嘴的切向孔后变成旋转流体,从喷嘴出口螺旋喷出后,迅速由液柱变为沿一定的锥角扩散的液膜,液膜逐渐雾化为液滴;在喷嘴内部的旋转流体,其合速度与切向速度沿径向,都是先增加后减小;随着流通截面发生改变,其速度的变化主要发生在轴向分量上,切向速度的变化比较小;流体从旋流喷嘴喷出雾化,会在喷嘴出口中心轴线附近形成回流区;当管道中的流体具有一定的流速时,还会在喷嘴前壁边缘附近形成回流区。     

过量空气系数及旋流数对天然气燃烧特性的影响研究

针对天然气在O2/N2氛围下扩散燃烧时,过量空气系数和旋流数对WNS型燃气锅炉燃烧室内的温度分布、速度分布及NOx生成的影响,利用CFD软件,采用标准k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡耗散模型进行数值模拟。基于旋流对流动特性的影响,采用旋流数S来表示入口空气的旋流强度。结果表明：在过量空气系数α从1.0增大到1.3的过程中,火焰直径逐渐变小,排烟温度降低,燃烧室出口处NOx的质量分数逐渐减小;在空气旋流数从0提高到0.8的过程中,燃烧室内形成了中心回流区,火焰的径向流动分布逐渐改善,燃烧室内的温度分布更加均匀;旋流燃烧的火焰中心轴线温度分布高于直流射流燃烧,提高空气旋流数可以有效降低NOx的质量分数。     

旋风筒内强旋湍流流动的实验研究

本文采用能同时测定流场方法和速度的旋转式一孔探针，对不同结构的旋风筒内强度旋湍流流动进行了实验研究，给出了不同的入口位置和出口结构对流场中轴向切向速度分布和回流位置等特性的影响规律，研究结果对旋风炉及旋风除尘器的设计有着重要的参考价值。     

SIMULATION OF SWIRLING TURBULENT FLOWS OF COAXIAL JETS IN A COMBUSTOR

A numerical simulation of swirling turbulent flows of coaxial jets in a combustor is presented in this paper. The new algebraic Reynolds stress model (ASM) is employed for the closure of the time-averaged governing equations for swirling turbulent flows. Two cases of the swirling flow, i.e., a coswirl jet flow and a counterswirl jet flow, are simulated. The calculated results of the axial and tangential velocities, static pressure, and turbulent fluctuating velocity are compared with the measured data for both cases. The results illustrate that the predictions by the new ASM are closer to the measurements than those obtained by the k-epsilon model.     

轴向切向进风强旋气粒流动的PDPA研究

本文用相位多普勒测速仪ＰＤＰＡ研究了轴向和切向同时进气、轴向供粉的旋流数为１．５的突扩强旋气粒湍流两相流动，给出了气相和颗粒相的轴向和切向时均速度场，湍流脉动场、颗粒浓度场、揭示了强旋气粒湍流两相流动的各向异性，并表明两相速度及湍流脉动间关系不同于类似流型的Ｓ＝０．４的弱旋情况。     

Experimental Studies on Swirling Gas—Particle Flows in a Spouting —Cyclone Combustor

The gas and particle time-averaged velocity rand RMS fluctuation velocity of swirling gas-particle flows in a spouting-cyclone combustor were measured by a hot-ball probe and a conventional LDV system. The results show large velocity slip between the two phases both in tangential and axial directions and high nonisotropic turbulence of the two phases were also observed which is favorable to coal combustion. The particle RMS fluctuation velocity is higher than the gas RMS fluctuation velocity only in some regions of the flow field.     

涡旋燃烧炉正反切向进风气固流动的数值模拟

涡旋燃烧炉是最近研制的一种新型固体燃料旋风燃烧炉，它采用了多级切向进风的结构。本文应用气固两相流的多连续介质模型及其数值计算方法，针对分级供入炉内的空气采用正反切向进风的条件，对涡旋燃烧炉内的气固两相湍流旋流流动进行了数值模拟。通过模拟结果的分析及其与分级同向切向进风情况的比较，探讨了在涡旋燃烧炉中采用多级正反切向进风方式的可能性。     

SIMULATION OF SWIRLING TURBULENT FLOWS AND HEAT TRANSFER IN AN ANNULAR DUCT

The article presents a numerical simulation of swirling turbulent flows and heat transfer in an annular duct. The time-averaged governing equations are solved, which are closed by a new algebraic Reynolds stress model (ASM). The simulation is performed under different flow conditions. The calculated results of gas axial and tangential velocities, turbulent kinetic energy, temperature, and local heat transfer coefficients on the inner and outer walls of the annulus are provided. They illustrate the effect of swirl number, inlet axial velocity, and ratio of inner to outer radius on the mean flow and turbulence properties, as well as on enhancing heat transfer in the annular duct.     

A NEW ALGEBRAIC MASS FLUX MODEL FOR SIMULATING TURBULENT MIXING IN SWIRLING FLOW

A new algebraic turbulent mass flux model (AFM), which properly accounts for swirl–turbulence interactions, is proposed and formulated in the present article. A simplified explicit form of this new AFM is derived. By incorporating this model with the new algebraic Reynolds stress model proposed previously, a new algebraic stress/flux model (ASM/AFM) is obtained. The new ASM/AFM is applied to the simulation of swirling turbulent flow and mixing in a combustor with helium/air jet and swirling air stream. The calculated gas axial and tangential velocities, gas axial and tangential fluctuating velocities, and helium concentration are in agreement with the measured test data. Comparing with the k–? model for turbulent mass transport, the helium concentration predicted by the new ASM/AFM is much improved.     

旋风炉内气相燃烧及两相流动的数值模拟

在有反应两相流动及煤粉燃烧的全双流体模型（ＰＴＦ模型,ｐｕｒｅ ｔｗｏ－ｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ）基础上,采用修正的ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,对旋风炉内的湍流气相燃烧（甲烷和一氧化碳的燃烧）及在气相燃烧条件下的两相流动进行了数值模拟研究,模拟结果表明,在有燃烧的情况下,在旋风炉的底部存在近壁回流区,该回流区有利于火焰稳定,气粒两相切向速度分布具有类似的Ｒａｎｋｉｎｅ涡结构,该研究为煤粉燃烧的数值模拟