等离子发生器燃烧流场数值模拟

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1、等离子发生器燃烧流场数值模拟杨立山(海军驻沈阳导弹专业军事代表室，沈阳110015)摘要：采用漩涡破碎(EBU)燃烧模型、一s双方程湍流模型及SIMPLEC算法，对等离子发生器内部的燃烧流场进行了数值模拟，得到了关于等离子燃烧流场相关特性参数分布。该数值模拟对等离子发生器的研究具有指导作用。关键词：等离子发生器；燃烧流场；数值模拟NumericaISimulationofCombustionFlowFieldinPlasmaGeneratorYANGLi-shan(NavalMissileCustomerReprese

2、ntativeOfficeinShenyang，Shenyang110043，China)杨立山(1969)，男，工程师，从事Abstract：Thenumericalsimulationofcombustionflowfieldfortheplasmagenerator航空发动机和舰用燃气轮机控制系u}∞peFformedbyusingedaybreakup(EBU)combustionmodel，k-etwo-equationturbulent统研究。modelandS1MPLECcdgorithm．Thedist

3、ributioncharacteristicsparametersf)，。plaslna收稿日期：2008—12—12combustionflowfield∞obtained．ThenumericalsimulationcanprovideguidancefunctionHtheinvestigationtfplasmacombustion．Keywords：plasmaigniter；combustionflowfield；numericalsimulation1引言在等离子发生器中，所注入多不便。而采用数值模拟方法

4、，能体流动、传质、传热等剧烈的化学的燃料与空气等离子流进行着复够对等离子发生器内的流体流反应。本文将流场简化为轴对称杂的剧烈的一系列物理性和化学动、传热、传质和化学燃烧反应等问题进行处理，并且主要研究主性燃烧，}百j时高温气体伴有裂解、情况进行数值模拟，事先了解其燃区的流场分布，如图1所示。在回流、湍流的特性，在流动中进行燃烧过程，对等离子发生器研究空气进口处，内径为2mFll，外径着剧烈的化学反应，进而高度耦有重要指导意义。为4mm；在喷口处，直径为1．6合，并相互影响。以往，对点火器本文根据数值模拟的思想，mill

5、；等效加热区厚度为0．1mm；内的燃烧流场和燃烧过程的研建立描述等离子发生器内部燃烧主燃区直径为5mrn；燃料进口宽究，主要采用试验方法。但是，试反应流动现象的数学模型，采用为0．1illm。验周期长、耗资大，而且，等离子SIMPLEC算法对等离子发生器的燃料逊¨发生器的内部尺寸比较小，受检二维燃烧流场进行了模拟。厂————]逊f[■■一。＼J．1l1。．l测手段的限制，对其内部的温度2数学模型镀涵。¨‘*,fg441h分布、浓度分布等许多参数都不易测量，给燃烧机理研究带来很等离子发生器内部进行着流图1等离子发生器流场

6、几何模型落：鳓袈燧媛添搦数髑艨1己／13根据输运定律，建立描述等物；化学反应在这2种微团的交得充分发展，则离子发生器内部流场流动的化学接面上发生；化学反应速率取决：0：．T,k．d流体力学方程。于已燃气微团在湍流作用下破碎(4)在壁面边界，引进壁面函连续方程：监成更小微团的速率；破碎速率与湍Ot+)=0OXi数法进行处理。流脉动动能衰变的速率成正比。动量方程：(5)对称轴根据轴对称假设旋涡破碎模型给出二维问题湍流得到，即鲁㈨+击6Duiui)一OP+㈤燃烧的速率公式：0：M，T,k，占RhJ皿u=cEBU孚oy式中：r

7、(等+等)，几(6)在燃料进口处径向喷入：为黏性应力。3数值模拟方法=o，P—Po能量方程：离散计算区域采用贴体坐标5计算结果及分析+音五=寺)+技术；同时，在计算过程中，采用(1)压力场分布如图2所示。自适应网格技术，使网格的完善OP．a等离子发生器内部主燃区台阶和Ota与数值求解过程结合。先以所生燃流喷射所产生的负压梯度，使成的网格进行计算；根据所得到得流场产生2个明显的回流区。1L∑(rf一d。一OX；(、厶)11_+s的物理量场的分布来改进网格，事实上，在燃料喷入前，等离子发组元方程：并在改进后的网格上重新进行

8、计生器内部已建立了稳定的流场，算。如此反复数次，旨在以最合适+鲁~puim1)=嘉(r，讯在台阶后形成了1个气流的回流的方式来布置节点及确定其问的／=1，2，⋯，坨一1联系。由于描述等离子发生器内区，如果燃科喷嘴正好位于回流式中：n为系统中组分的个数。部流动的数学方程组具有强烈的区内，在燃料喷射的瞬问，特别是(1)k-e双方程模型