环形燃烧室两相燃烧流场数值模拟

作     者：郭尚群 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王锁芳;赵坚行

授予年度：2005年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：三维两相燃烧流场 数值模拟 贴体网格 燃烧室性能 紊流模型 壁面函数 科学可视化 

摘      要：本文在任意曲线坐标系统下,对先进航空发动机环形燃烧室火焰筒三维两相燃烧流场及燃烧室性能进行了数值模拟。运用偏微分方程法和区域法生成三维贴体网格。分别采用 RNG k -ε紊流模型和标准 k -ε紊流模型对紊流特性进行模拟;采用 EBU-Arrhenius 紊流燃烧模型来预估燃烧化学反应速率;考虑到热辐射对壁温和气流温度的影响,采用六通量热辐射模型估算辐射通量;采用颗粒群轨道模型来描述油珠的运动轨迹和变化历程。同时数值研究两层和三层壁面函数对燃烧流场的影响。在非交错贴体网格下,气相采用 SIMPLE 算法求解,液相采用 PSIC 算法求解。运用多维经验/分析法预估燃烧室性能。通过数值研究两种工况、两种 k -ε紊流模型以及两种壁面函数对环形燃烧室火焰筒燃烧流场和燃烧室性能的影响,并把计算值与试验数据进行比较,结果表明:不同的工况、紊流模型和壁面函数所得的火焰筒流场不全相同,其中 RNG k -ε紊流模型更为真实地预测回流区和燃烧室内气流流动情况,运用三层壁面函数所得的壁面温度分布比两层壁面函数的结果更为合理。本文的数值模拟结果可以为航空发动机环形燃烧室的研制工作提供有用的参考数据。最后,本文运用计算机图形学方面的知识将流场计算程序封装成友好交互的操作界面,并对流场数值计算结果进行了科学可视化处理,这不仅是数值模拟技术中在后置处理上的新尝试,同时为计算机图形学科学可视化研究提供了一定的参考。