双级轴向旋流燃烧室冷态湍流特性的实验和大涡模拟研究

发布时间：2021-02-02 00:42

　　在工程实际中燃烧装置通常采用旋转湍流技术,利用其产生的中心回流区来稳定燃烧室中的火焰,同时也可促进燃料和氧化剂快速混合,达到提高燃烧效率和减少污染排放的目的。但是旋流流场中存在的涡核破碎、进动涡核等相干结构,会对流场产生非常复杂的影响,需要通过实验测量和数值模拟计算的方法进行深入研究。本文对本课题组自主设计的一个双级轴向旋流燃烧室中的冷态流场特性进行了系统性的研究,该旋流器包括8个叶片,内外旋流器叶片旋向相同,旋流数为0.53。采用OpenFOAM软件对流场进行大涡模拟（LES）计算研究,采用粒子图像测速技术（PIV）对其中的速度场进行测量。将LES结果和PIV结果进行了对比分析,发现两者吻合良好。在保证内外管流动雷诺数相同的情况下,研究了两种工况:1)内管通入CO₂,外管通入空气;2)内管通入空气,外管通CO₂。研究表明工况1中出现了很大的中心回流区,而在工况2中仅在远离旋流器出口位置处出现了比较零散的小回流区。其原因是由于气体密度和粘性的差异性,导致工况2下的内管与外管出流速度之比是工况1下的3.5倍,其周向速度呈现外侧小而中心区域大的分... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

数值模拟方法DNS，RNAS，LES的比较

江苏大学硕士学位论文13第二章实验测量方法2.1PIV技术对于流动的特性，以往人类都是通过自然观察进行研究，但随着科学的发展，需要提取流动中特有的信息，人们精心设计了可视化技术进行研究，代替了传统的被动观测。粒子图像测速仪(ParticleImageVelocity，PIV)技术作为上个世纪发展起来的一种崭新的流体测量技术，被众多学者迅速地应用于各种流场测试中。它不会对流场进行任何干扰，即使是对具有高速流动或者近壁面附近的流动特性，PIV技术依然可以适用[55]。它不仅具有激光多普勒技术和相位多普勒风速仪的单点测量技术的优点，而且还利用先进的图像处理技术，实现了整个流场的显示。现代的PIV技术发展很成熟，可以将整个流场的信息通过相关软件的处理，得到自然观察不到的信息，比如流线图，涡量图和湍流强度等。其速度测量范围已从0到超音速，并且可以在同一个切面上测出瞬态上万个点的速度向量。与此同时，PIV测量技术已经从二维测量向三维测量发展，即三维PIV可以同时捕捉整个流动空间的速度常由于本文中主要用2D-PIV系统进行测量研究，所以在此不多赘述3D-PIV技术。图2.1PIV系统示意图。Fig2.1SchematicdiagramofPIVsystem.本实验所用的PIV系统由硬件和软件组成，硬件主要有光路系统、CCD相机、同步器和计算机，软件包括图像处理软件和同步控制系统。如图2-1为PIV

双级轴向旋流燃烧室冷态湍流特性的实验和大涡模拟研究14系统示意图，图2-2为PIV系统实物图。图2.2PIV系统实物图。Fig2.2PhysicaldiagramofPIVsystem.光路系统中的激光发生器为YAG:Nd双脉冲式激光器，如图2.3a所示，输出波长为532nm，单脉冲为200mJ，能连续发射脉冲激光，重复频率1-15Hz可调，能量不稳定度小于3%。(a)(b)图2.3PIV光路系统实物图。(a)激光发生器实物图。(b)激光调节装置实物图。Figure2.3PIVopticalsystemphysicaldiagram.(a)Physicaldiagramoflasergenerator.(b)Physicaldiagramoflaseradjustmentdevice.


本文编号：3013727