基于ESF和FGM的湍流预混火焰大涡模拟

发布时间：2021-06-21 22:43

　　为了进一步发展适用于湍流预混火焰的亚格子燃烧模型,将欧拉随机场（ESF）模型与火焰面生成流形（FGM）模型耦合以发挥不同模型的优点.耦合模型通过混合物分数及反应进度变量构建低维流形,而湍流场中两者的概率密度分布函数（PDF）则通过ESF确定.通过对旋流燃烧器进行大涡模拟,以评估耦合模型描述湍流预混火焰结构的能力.结果表明:相比于传统FGM模型,耦合模型可以更好地预测湍流预混火焰中的速度、温度及组分的空间分布.由瞬时云图可知,耦合模型可以更加准确地描述当地火焰结构,尤其在火焰下游区域.可以推断耦合模型能够更好地保证湍流预混火焰的传播特性. 

【文章来源】：内燃机学报. 2020,38(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

燃烧器几何结构与关键尺寸示意(长度：cm)

另外，从图2中还可以看到，在钝体回流、内部环形入口、外部环形入口和协流入口出现的脉动速度峰值，这个峰值在当地形成了速度剪切层．模拟值很好地再现了上述现象，因而可以认为所用网格、湍流模型以及边界条件设置是合理的，可以开展下一步燃烧工况的模拟．3.2 燃烧工况与试验对比

图5为不同火焰轴向高度处的平均温度Tmean和均方根温度Trms的模拟值与试验值．图6为不同火焰轴向高度处的平均反应进度变量(YCmean)和均方根反应进度变量(YCrms)的模拟值与试验值．图5中，不同高度处的平均温度都能得到准确预测．虽然FGM模型能准确预测下游已燃气体的温度，但却无法准确捕捉火焰位置．而FGM+ESF模型可以更好地预测温度在径向上的梯度，从z=30 mm可以看出，FGM+ESF模型可以更准确地预测火焰位置．至于均方根温度，FGM模型预测的均方根温度峰值与试验更加接近，特别是在z=10 mm处．但是FGM在下游预测的均方根温度径向跨度明显太宽，而FGM+ESF模型预测更加合理．特别是当随机场个数Nsf增大时，模拟得到的结果与试验更加接近，Nsf=32时，50 mm处的温度脉动值与试验最接近．图4 不同轴向高度处平均当量比和RMS当量比的分布

【参考文献】：
期刊论文
[1]发动机缸内自燃着火与火焰传播的调控[J]. 刘海峰,文铭升,杨智,房性会,唐青龙,尧命发.  内燃机学报. 2020(03)
[2]代数亚格子湍动能模型及非黏性亚格子应力模型在喷雾大涡模拟中的应用[J]. 周磊,解茂昭,罗开红,帅石金,贾明,秦文瑾.  内燃机学报. 2013(03)



本文编号：3241564