小型航空发动机燃烧室参数化数值模拟方法研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870215-S082学科分类号：082502硕士学位论文小型航空发动机燃烧室参数化数值模拟方法研究研究生姓名王瑾学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向燃烧指导教师雷雨冰副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonParametricNumericalSimulationofaSma

2、llAeroengineCombustorAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringByWangJinAdvisedbyAssociateProfessorLeiYubingSubmittedinPartialFulfillmentOftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果

3、不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,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、缩印或其他复制手段保存论文。(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随着计算机技术的不断发展，航空发动机的设计越来越依赖于数值模拟，但实体建模和网格划分以及计算模型的发展成为了制约CFD充分发挥潜力的瓶颈问题。因此，本文基于小型航空发动机燃烧室对参数化前

4、处理方法、多孔介质模型、甩油盘模型和计算结果后处理块进行了研究，并发展了燃烧室参数化分析系统。本文针对某型回流燃烧室和折流燃烧室进行了参数化前处理方法的研究。燃烧室的参数化建模利用UG/GRIP语言进行编程，采用编程模块化和建模模块化设计，提高了参数化建模程序的拓展性、更新能力以及通用性，并为满足复杂构型建模的需要，提供了几何特征的描述方法的接口程序。网格划分方面，利用ICEM的脚本文件进行开发，设计人员可通过新建、修改和编辑ICEM的脚本文件，实现网格快速准确的重划分，从而实现自动化网格划分。本文基于商业软件FLUENT，利用UDF和C语言开发

5、了适用于燃烧室的计算模型。针对带有多斜孔发散冷却结构的燃烧室的计算，为避免燃烧室建模复杂性、网格量大和计算机的限制等问题，引入多孔介质方法，结合多斜孔发散冷却技术的理论基础对Fluent中多孔介质模型进行完善。通过对三维多孔发散冷却结构的数值计算验证了该模型，结果表明：多孔介质模型能准确得到壁面温度参数，计算结果与未使用多孔介质模型的计算相似度较高。将甩油盘燃油出口参数与甩油盘结构参数建立联系并模型化，开发了甩油盘雾化模型，输出可供Fluent调用的dpm文件，避免了简化处理中存在的问题，使得甩油盘燃油雾化效果更接近实际情况。为方便设计人员直接得

6、到所设计燃烧室的性能参数，开发了计算结果后处理模块，将Fluent的监视文件直接快速地转换为燃烧室状态参数输出，并与试验结果进行对比求得相对误差。最后，在本课题组的燃烧室初步方案设计系统的基础上，将参数化前处理方法、多孔介质模型、甩油盘雾化模型和计算结果后处理模块集成形成燃烧室参数化分析系统，并将该系统应用于某型回流燃烧室和某型折流燃烧室上。通过对某型回流燃烧室的应用主要验证了本系统的参数化前处理方法的可靠性，统计结果发现：利用本方法可减少燃烧室设计过程中建模和网格划分的90%以上的工作量，并且实体建模和网格划分准确合理。通过对某型折流燃烧室的应

7、用，验证了系统中多孔介质模型和甩油盘模型的准确性，验证结果表明：多孔介质模型能较准确模拟燃烧室壁温的分布情况，节省计算资源；甩油盘模型能准确地模拟甩油盘实际燃油喷射效果，燃油分布均匀合理，可以灵活修改燃油喷射点、出口粒径、速度分量和燃油流量。关键词：航空发动机燃烧室，参数化设计，多孔介质模型，甩油盘雾化模型，后处理模块，分析系统I小型航空发动机燃烧室参数化数值模拟方法研究ABSTRACTWiththedevelopmentofcomputer,thedesignofaeroengineincreasinglyreliesonthenumerica

8、lsimulation.Buttheevolutionofgeometrymodeling,meshingandthecalculati