突扩先进驻涡燃烧室煤油喷雾燃烧数值模拟

发布时间：2017-10-09 04:28

  本文关键词：突扩先进驻涡燃烧室煤油喷雾燃烧数值模拟

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【摘要】：先进驻涡燃烧室是美国通用公司提出的一种新概念的航空发动机燃烧室,采用了钝体结构形成凹腔,在凹腔内形成低速回流区为稳定点火源提供了条件并引燃高速主流实现稳定燃烧。该燃烧室具有火焰稳定独特、燃烧效率高、结构简单、污染物排放低等特点,近期受到广泛关注和研究。本文在此基础上,提出了突扩进口型先进驻涡燃烧室,并应用数值模拟软件FLUENT对其冷态流场和热态煤油喷雾燃烧进行了系统的研究。冷态状况下,为确定实燃烧室现稳定燃烧的最佳前凸台长度,分别研究了不同前凸台长燃烧室的流场和总压损失系数;结果表明,前凸台长对燃烧室内的流场分布影响很大。随着L的增大,凹腔内的旋涡数目大小和涡核心都发生变化,然而前凸台长对燃烧室总压损失系数影响不大。分析了三种k-?湍流模型对燃烧室流场的影响,得出Realizable k-?湍流模型更合理地预测了燃烧室内流场分布。分别研究了后钝体开口及其开口角度、带有导流片及其横向位置的燃烧室冷态流场,得出后钝体开口后凹腔内的旋涡向外偏移且与后钝体后回流区旋涡连接,开口角度对其影响不太明显;带有导流片的凹腔旋涡主要在导流片后形成且导流片横向位置对凹腔内的流场分布影响很大。热态状况下,建立了燃烧室煤油喷雾燃烧物理模型,采用了合适的湍流模型、非预混燃烧模型、离散相模型、CO生成模型和详细的化学反应机理联合进行燃烧室煤油喷雾燃烧数值模拟。计算方法采用Simple算法,对流相采用二阶迎风格式,近壁区使用标准壁面函数。分析了前凸台长、进口空气温度、湍流模型的选择、主燃油喷嘴喷射速度、主副燃油喷嘴流量分配、副喷嘴纵向位置和导流片横向位置对燃烧性能的影响。结果表明,前凸台长L的最优值为30mm;进口温度对燃烧性能影响很大,提高进口气流的温度有利于煤油的雾化气化,然而燃烧效率降低,出口高温区域越来越大;realizable k-?湍流模型和非预混燃烧模型(PDF)对燃烧室燃烧的模拟是适合的;后钝体开口角度最优值为15°;提高主燃油喷嘴的喷射速度有利于提高燃烧室的燃烧效率;凹腔内和后钝体后回流区的温度场以及出口温度均匀分布系数在不同燃油分配下相差明显,所以应该合理的分配主副喷嘴的燃油流量;副喷嘴纵向位置和导流片横向位置对燃烧室的温度场和污染物排放影响很大。通过对突扩进口型先进驻涡燃烧室煤油喷雾燃烧流动的数值模拟结果分析对比,说明了本文所建立的物理模型能过很好地模拟出该燃烧室的煤油喷雾燃烧性能,为下一步先进驻涡燃烧室的设计和改进提供参考。
【关键词】：突扩进口型先进驻涡燃烧室 导流片 喷雾 湍流燃烧 数值模拟
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.2
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国外发展现状10-14
• 1.3 国内发展现状14-17
• 1.4 主要研究内容17
• 1.5 本章小结17-19
• 第2章 数值计算模型及方法19-31
• 2.1 控制流体流动和燃烧的基本方程19-20
• 2.2 湍流方程20-23
• 2.2.1 湍流模型简介20-21
• 2.2.2 不同湍流模型的比较21-22
• 2.2.3 湍流模型的选择22-23
• 2.3 近壁区域处理23
• 2.4 燃烧模型23-24
• 2.4.1 概率密度函数模型24
• 2.5 离散相模型24-25
• 2.6 液滴轨道跟踪模型25-28
• 2.7 网格无关性验证和算例验证28-30
• 2.8 本章小节30-31
• 第3章 燃烧室造型和网格划分及其冷态分析31-44
• 3.1 燃烧室几何模型31-32
• 3.1.1 几何建模31-32
• 3.2 网格生成技术32-35
• 3.3 突扩进口型先进驻涡燃烧室冷态分析35-43
• 3.3.1 计算模型和边界条件35
• 3.3.2 研究方案35
• 3.3.3 计算结果和分析35-43
• 3.3.3.1 前凸台长及进口空气温度对燃烧室冷态流场的影响35-39
• 3.3.3.2 湍流模型对流场影响分析39-40
• 3.3.3.3 后钝体开口对流场影响分析40-42
• 3.3.3.4 带有导流片燃烧室冷态分析42-43
• 3.4 本章小节43-44
• 第4章 燃烧室煤油喷雾燃烧数值模拟44-69
• 4.1 燃料的选择44-45
• 4.2 计算模型、方法和边界条件设置45-46
• 4.3 数学模型参数设置46-50
• 4.3.1 PDF设置46
• 4.3.2 离散相模型的设置46-49
• 4.3.3 喷射源参数设置49-50
• 4.4 燃烧室燃烧计算工况50-51
• 4.5 计算结果与分析51-67
• 4.5.1 前凸台长L对燃烧性能的影响51-54
• 4.5.2 不同湍流模型的对比54-55
• 4.5.3 进口气流温度对燃烧性能的影响55-57
• 4.5.4 后钝体开口对燃烧性能的影响57-58
• 4.5.5 主喷嘴煤油喷射速度对燃烧室燃烧的影响58-60
• 4.5.6 主副喷嘴燃油流量分配对燃烧的影响分析60-63
• 4.5.7 凹腔副喷嘴纵向位置对燃烧的影响分析63-65
• 4.5.8 导流片横向位置对燃烧的影响分析65-67
• 4.6 本章总结67-69
• 第5章 总结与展望69-71
• 5.1 本文研究结论69-70
• 5.2 研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-76
• 致谢76-77

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本文编号：998191