基于大涡模拟的多旋流燃烧室两相燃烧研究

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1、中图分类号：V231.2论文编号：102870218-S125学科分类号：082502硕士学位论文基于大涡模拟的多旋流燃烧室两相燃烧研究研究生姓名张腾学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向推进系统燃烧技术指导教师李井华副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringLargeEddySimulationoftheTwo-ph

2、aseCombustioninaMulti-SwirlingCombustorAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyZhangTengAdvisedbyAssociateProfessorLiJinghuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

3、除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要为研究多旋流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

4、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

5、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

6、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

7、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。关键字：多旋流，LPP燃烧室，大涡模拟，亚网格湍流模型，两相燃烧，离散相模型，火焰面模型I基于大涡模拟的多旋流燃烧室两相燃烧研究ABSTRACTInordertostudythetwo-phasecombustionprocessofmulti-swirlingLPPcombustor,anin-housecodeDELTAbasedonLargeEddySimulationmethodwasdevelopedtosolvetheturbulen

8、ttwo-phasereactingsprayflows.Thecodecanbeappliedtopredictthethree-dimensionalunsteadyflowfieldandtwo-phasespraycombustioninamulti-swirlingLPPcomb