湍流燃烧模型在燃烧室数值计算中的应用研究
在对航空发动机燃烧室内部燃烧流动的认识与研究过程中，数值模拟的研究方法对燃烧室基本理论与先进技术的研究发展起到了一定的促进作用。随着计算机性能的提高以及计算技术的不断发展，燃烧室数值模拟的准确性和工程适用性不断提高，成为燃烧室性能预估和设计定型的主要工具之一。同时，由于航空发动机燃烧室内部湍流燃烧问题的复杂性，湍流燃烧模型作为一种基本燃烧模拟工具，从建模到模型验证再到工程应用，始终受到广泛关注。 本文首先确定并合理简化了计算域，建立几何模型划分网格。在整个燃烧室的数值模拟中，选用Realizableκ-ε两方程湍流模型模拟气体湍流流动，在燃烧室的喷雾模拟中采用离散相模型和压力雾化喷嘴模型，选择商业CFD软件FLUENT中提供的5种典型燃烧模型，即基于组份输运模型的有限速率/涡团耗散模型(fED)、涡团耗散模型(EDM)和涡团耗散的概念模型(EDC)以及基于非预混燃烧模型的平衡化学反应模型(PDF)和稳态火焰面模型(FLM)模拟燃烧室的湍流扩散火焰；辐射模型选用P-1辐射模型估算辐射通量；物性参数设置为关于温度的函数，模型控制方程在高性能计算集群(HPCC)采用并行计算，用高阶离散格式进行求解。通过计算得到，燃烧室内气体流动的速度场、压力场、燃油雾化粒子轨迹、燃烧的温度场以及组份的浓度场。结果发现，采用不同的湍流燃烧模型时，速度场、压力场以及燃油雾化粒子轨迹变化不大，温度场以及组份浓度变化较大，fED、EDM和EDC模型计算的主燃区最高温度明显高于PDF和FLM模型，同时将不同燃烧模型计算得到的燃烧室出口平均温度和不均匀系数与试验数据进行比较，结果发现，EDM模型的计算值与实测值最为接近。此外，本论文验证了不同的的燃烧模型在燃烧室数值计算中的工程适用性，同时也指出了计算模型尚需进一步研究和完善的方面，对于航空发动机燃烧室的研究和设计具有一定的参考价值。
航空发动机;燃烧室;湍流燃烧模型;数值计算;工程适用性
沈阳航空航天大学;沈阳航空工业学院
硕士
航空宇航推进理论与工程
徐让书
2009
中文
V231.2
87
2012-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）