【摘要】：為研究多旋流LPP燃燒室的兩相燃燒過(guò)程,本文發(fā)展并完善了大渦模擬湍流兩相噴霧燃燒數(shù)值仿真程序DELTA。應(yīng)用該程序?qū)Χ嘈鱈PP燃燒室三維非穩(wěn)態(tài)冷態(tài)流場(chǎng)與兩相噴霧燃燒流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值研究,可為多旋流LPP燃燒室性能、污染物排放以及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的研究提供技術(shù)支持。本文在課題組大渦模擬計(jì)算程序基礎(chǔ)上發(fā)展了兩相燃燒并行計(jì)算模塊,并先在KIAI正庚烷噴霧燃燒室上對(duì)程序進(jìn)行了驗(yàn)證,然后應(yīng)用該程序?qū)Χ嘈鱈PP燃燒室開(kāi)展了大渦模擬研究。在數(shù)值研究中,亞網(wǎng)格模型采用Smagorinsky模型,液相采用基于拉格朗日非穩(wěn)態(tài)追蹤的離散相模型,并采用亞網(wǎng)格隨機(jī)模型來(lái)考慮亞網(wǎng)格尺度脈動(dòng)對(duì)液相蒸發(fā)以及運(yùn)動(dòng)的影響,燃燒模型采用穩(wěn)態(tài)火焰面模型。為驗(yàn)證兩相燃燒計(jì)算程序的準(zhǔn)確性,選取了CORIA實(shí)驗(yàn)室的KIAI正庚烷噴霧燃燒室作為研究對(duì)象,對(duì)其冷、熱態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行了大渦模擬研究,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:(1)冷、熱態(tài)流場(chǎng)的速度分布與RMS分布均與試驗(yàn)符合較好;(2)在引入考慮了亞網(wǎng)格脈動(dòng)對(duì)液相蒸發(fā)和運(yùn)動(dòng)影響的隨機(jī)模型之后,燃油直徑分布、速度分布均與試驗(yàn)符合得很好;(3)穩(wěn)態(tài)火焰面模型捕捉到了兩相噴霧燃燒火焰的結(jié)構(gòu),其中內(nèi)層為預(yù)混火焰結(jié)構(gòu),外層為擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu),中間區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū)。針對(duì)多旋流LPP燃燒室的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文采用Levelset固體遮擋法處理LPP燃燒室中的旋流器葉片等固體區(qū)域,生成質(zhì)量較好的LPP燃燒室分區(qū)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。采用兩相燃燒并行計(jì)算程序DELTA對(duì)多旋流LPP低污染燃燒室的冷、熱態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行了大渦模擬,并與課題組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:(1)冷態(tài)流場(chǎng)與PIV測(cè)量結(jié)果符合較好,成功捕捉到了中心回流區(qū)、唇口回流區(qū)以及角回流區(qū)。在距離旋流器出口不同軸向位置處的軸向速度、徑向速度以及切向速度的徑向分布,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)符合較好;(2)主級(jí)徑向旋流出口處存在著旋流剪切層Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性產(chǎn)生的大尺度渦結(jié)構(gòu),值班級(jí)旋流產(chǎn)生了交叉纏繞的螺旋形渦管結(jié)構(gòu);(3)得到了初步的燃燒流場(chǎng)結(jié)果,以及燃油液滴在燃燒室中的分布,結(jié)果顯示直徑較大的油滴主要集中在油霧錐的外側(cè),而直徑較小的油滴受旋流夾帶分布較為分散。
【圖文】：

ized Combustor, LPP）、富油燃燒-快速猝熄-貧油燃燒室（Rich-Quick Qr,RQL）、貧油直接噴射燃燒室（LeanDirectInjectionCombustor， LDI）等[與蒸發(fā)燃燒室（LPP）應(yīng)用最為廣泛。多旋流 LPP 燃燒室（如圖 1. 2 所示）燒技術(shù)（Twin Annular Premixing Swirler, TAPS）[5]為基礎(chǔ)，采用多級(jí)旋流空的方式，值班級(jí)為穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒，主燃級(jí)為貧油預(yù)混燃燒，從而在燃燒室燃料均勻分布的狀態(tài)，在貧油熄火邊界的當(dāng)量比下燃燒，顯著降低了主燃區(qū)

1 CO 和 NOx的生成量與主燃區(qū)溫度的通常包括燃油分級(jí)燃燒室、貧油預(yù)混預(yù)P）、富油燃燒-快速猝熄-貧油燃燒噴射燃燒室（LeanDirectInjectionComP）應(yīng)用最為廣泛。多旋流 LPP 燃燒室ular Premixing Swirler, TAPS）[5]為基礎(chǔ)穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒，主燃級(jí)為貧油預(yù)混燃態(tài)，在貧油熄火邊界的當(dāng)量比下燃燒，低 NOx的排放。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V231.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄧遠(yuǎn)灝;顏應(yīng)文;黨龍飛;戴超;徐華勝;;貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室流場(chǎng)特性試驗(yàn)[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2015年10期

2 桂韜;房人麟;鄧遠(yuǎn)灝;徐華勝;;弱旋流對(duì)LPP燃燒室下游流場(chǎng)影響的數(shù)值研究[J];燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究;2015年05期

3 李棟;王翔宇;;嵌入式RANS/LES混合方法在槽道流動(dòng)數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

4 朱嘉偉;顏應(yīng)文;李詩(shī);鄧遠(yuǎn)灝;;LPP低污染燃燒室兩相噴霧燃燒性能數(shù)值研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2014年04期

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本文編號(hào)：2619687