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斜切径向旋流器环形燃烧室整体流场数值模拟

作　者: 徐榕
导　师: 刘勇；赵坚行
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程热物理
关键词: 数值模拟 燃烧室 湍流模型 两相燃烧 斜切径向旋流器
分类号: V231.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文在任意曲线坐标系下,发展了一套斜切径向旋流器环形燃烧室湍流整体冷态和热态流场的计算程序。使用该程序可对带突扩扩压器、帽罩、斜切径向旋流器、火焰筒和内外环冷却通道的环形燃烧室湍流冷态和两相燃烧整体流场进行计算。采用TTM方法对计算对象生成三维贴体结构化网格,供燃烧室流场计算使用。气相采用Euler方法处理,分别用标准k-ε、RNG k-ε和代数应力(ASM)三种湍流模型模拟湍流特性;用EBU-Arrhenius湍流燃烧模型计算湍流燃烧速率;采用六通量辐射模型模拟燃烧室内辐射传热过程。液相采用Lagrange法处理,用颗粒群轨道模型描述油珠群运动轨迹、粒径与温度的变化过程。在非交错网格体系下,用混合差分格式对气相控制方程进行离散,两相之间的耦合采用PSIC算法处理,并用SIMPLE算法对离散方程进行求解。最终将上述各种数学模型与数值方法集成到环形燃烧室湍流整体流场数值计算程序中。文中数值分析三种湍流模型对环形燃烧室三维冷态流场的影响。结果表明:不同湍流模型求得的流场大体趋势一致,但不全相同,其中RNG k-ε模型和标准k-ε模型相比,计算精度较高,与ASM模型相比,计算量小,使用方便,故RNG k-ε模型更适合工程应用。此外,还数值分析两种不同工况对两相燃烧流场的影响,研究结果表明,不同进口气流参数对燃烧流场有较大的影响。燃烧室出口温度分布与试验值比较符合,表明计算方法合理,计算程序可靠,本文所建立的三维网格生成和流场计算程序可为环形燃烧室的研制和优化设计提供有用的参考。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章 绪论  14-18
  1.1 引言  14-15
  1.2 国内外发展概况  15-16
  1.3 研究对象和研究方法  16-18
第二章 三维贴体网格生成  18-27
  2.1 结构化网格与非结构化网格  18
  2.2 贴体网格及其要求  18-19
  2.3 三维网格的生成方法  19-21
    2.3.1 三维网格生成方程的推导  19-20
    2.3.2 椭圆网格生成方程分量形式  20
    2.3.3 源项的确定  20-21
  2.4 空间曲面网格的生成  21-23
    2.4.1 网格生成方程的推导  21-22
    2.4.2 源项的确定  22-23
  2.5 燃烧室网格生成  23-27
第三章 数学模型及控制方程  27-35
  3.1 湍流模型  27-30
    3.1.1 标准k-ε模型  27-28
    3.1.2 RNG k-ε模型  28-29
    3.1.3 代数雷诺应力模型  29-30
  3.2 燃烧模型  30-32
    3.2.1 简单化学反应系统  30-31
    3.2.2 湍流燃烧模型  31-32
  3.3 两相流模型  32-33
  3.4 辐射传热模型  33-35
第四章 控制方程及其转换  35-45
  4.1 坐标系之间的转换关系  35-36
  4.2 气相基本方程  36-42
    4.2.1 圆柱坐标系下气相基本方程  36
    4.2.2 任意曲线坐标系下气相控制方程  36-37
    4.2.3 任意曲线坐标系下代数雷诺应力模型  37-42
  4.3 液相基本方程  42-45
    4.3.1 圆柱坐标系下液相控制方程形式  42-44
    4.3.2 任意曲线坐标系下液相控制方程形式  44-45
第五章 控制方程的离散及数值求解  45-54
  5.1 控制方程的离散  45-47
  5.2 压力修正算法  47-49
  5.3 边界条件与初场给定  49-53
    5.3.1 进口条件  49
    5.3.2 周期性条件  49
    5.3.3 出口条件  49
    5.3.4 初场条件  49-50
    5.3.5 固壁边界条件  50-51
    5.3.6 火焰筒壁温的计算方法  51-53
  5.4 离散方程求解流程  53-54
第六章 数值计算结果与分析  54-74
  6.1 计算工况  54
  6.2 冷态流场计算与分析  54-63
  6.3 两相燃烧流场计算结果与分析  63-71
  6.4 冷热态流场计算结果比较  71-74
第七章 结束语  74-75
  7.1 总结  74
  7.2 建议与展望  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 发动机原理 > 燃烧理论
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