基于大涡模拟的多旋流燃烧室两相燃烧研究

发布时间：2020-04-08 18:32

【摘要】：为研究多旋流LPP燃烧室的两相燃烧过程,本文发展并完善了大涡模拟湍流两相喷雾燃烧数值仿真程序DELTA。应用该程序对多旋流LPP燃烧室三维非稳态冷态流场与两相喷雾燃烧流场进行数值研究,可为多旋流LPP燃烧室性能、污染物排放以及燃烧不稳定现象的研究提供技术支持。本文在课题组大涡模拟计算程序基础上发展了两相燃烧并行计算模块,并先在KIAI正庚烷喷雾燃烧室上对程序进行了验证,然后应用该程序对多旋流LPP燃烧室开展了大涡模拟研究。在数值研究中,亚网格模型采用Smagorinsky模型,液相采用基于拉格朗日非稳态追踪的离散相模型,并采用亚网格随机模型来考虑亚网格尺度脉动对液相蒸发以及运动的影响,燃烧模型采用稳态火焰面模型。为验证两相燃烧计算程序的准确性,选取了CORIA实验室的KIAI正庚烷喷雾燃烧室作为研究对象,对其冷、热态流场进行了大涡模拟研究,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:(1)冷、热态流场的速度分布与RMS分布均与试验符合较好;(2)在引入考虑了亚网格脉动对液相蒸发和运动影响的随机模型之后,燃油直径分布、速度分布均与试验符合得很好;(3)稳态火焰面模型捕捉到了两相喷雾燃烧火焰的结构,其中内层为预混火焰结构,外层为扩散火焰结构,中间区域为高温区。针对多旋流LPP燃烧室的几何结构特点,本文采用Levelset固体遮挡法处理LPP燃烧室中的旋流器叶片等固体区域,生成质量较好的LPP燃烧室分区结构化网格。采用两相燃烧并行计算程序DELTA对多旋流LPP低污染燃烧室的冷、热态流场进行了大涡模拟,并与课题组试验结果进行了对比。结果表明:(1)冷态流场与PIV测量结果符合较好,成功捕捉到了中心回流区、唇口回流区以及角回流区。在距离旋流器出口不同轴向位置处的轴向速度、径向速度以及切向速度的径向分布,计算结果与试验符合较好;(2)主级径向旋流出口处存在着旋流剪切层Kelvin-Helmholtz不稳定性产生的大尺度涡结构,值班级旋流产生了交叉缠绕的螺旋形涡管结构;(3)得到了初步的燃烧流场结果,以及燃油液滴在燃烧室中的分布,结果显示直径较大的油滴主要集中在油雾锥的外侧,而直径较小的油滴受旋流夹带分布较为分散。
【图文】：

示意图,示意图,贫油,旋流

ized Combustor, LPP）、富油燃烧-快速猝熄-贫油燃烧室（Rich-Quick Qr,RQL）、贫油直接喷射燃烧室（LeanDirectInjectionCombustor， LDI）等[与蒸发燃烧室（LPP）应用最为广泛。多旋流 LPP 燃烧室（如图 1. 2 所示）烧技术（Twin Annular Premixing Swirler, TAPS）[5]为基础，采用多级旋流空的方式，值班级为稳定的扩散燃烧，主燃级为贫油预混燃烧，从而在燃烧室燃料均匀分布的状态，在贫油熄火边界的当量比下燃烧，显著降低了主燃区

主燃区,生成量,贫油,预混

1 CO 和 NOx的生成量与主燃区温度的通常包括燃油分级燃烧室、贫油预混预P）、富油燃烧-快速猝熄-贫油燃烧喷射燃烧室（LeanDirectInjectionComP）应用最为广泛。多旋流 LPP 燃烧室ular Premixing Swirler, TAPS）[5]为基础稳定的扩散燃烧，主燃级为贫油预混燃态，在贫油熄火边界的当量比下燃烧，低 NOx的排放。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V231.2

【参考文献】