燃气轮机模型燃烧室的大涡模拟

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1、第40卷第3期2014年6月航空发动机AeroengineV01．40No．3Jun．2014燃气轮机模型燃烧室的大涡模拟徐宝鹏1，曾佑杰1，马宏宇2，赵凯岚z，金戈：(1．大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连116024；2．中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：燃烧室内的燃油雾化、蒸发以及和空气进行混合过程对燃烧过程有重要影响。提出1种基于大涡模拟的数学模型来模拟燃烧室内燃料喷射、蒸发和混合过程。被空间滤波掉的亚网格尺度涡对大尺度涡的影响由求单方程SGS湍流模型进行模拟。采用拉格朗日法和蒙特卡洛技术对流场中的喷雾粒子进行采样跟踪，采样喷雾粒子在流场中作为点源项与气相进行

2、质量、动量和能量的双向耦合。提出1个基于SGS湍流动能的双向耦合模型来模拟SGS脉动速度对喷雾粒子运动的影响以及喷雾相对SGS湍流动能的影响。通过对1个同轴模型燃烧室中的喷雾蒸发及混合过程的大涡模拟，将预测结果和试验值进行了比较，预测值和试验值吻合良好，验证了模型的可靠性。关键词：燃烧室；燃气轮机；大涡模拟；双向耦合；燃油雾化中图分类号：V211．3文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2014．03．003LargeEddySimulationofaGasTurbineModelCombustorXUBao—pen91，ZENGYou-jiel，MA

3、Hong—yu2，ZHAOKai—lan2，JINGe2(1．SchoolofEnergyandPowerEngineering,DalianUniversityofTechnology，LiaoningDalian16024，China；2．AVICShenyangEngineDesignandResearchInstitute，Shcnyang110015，China)Abstract：Fuelatomization，evaporationandmixingwithairingasturbinecombustomarevitaltothesubsequentcombustionproc

4、ess．Numericalformulationbasedonlargeeddysimulationisproposedtomodelfuelinjection，evaporationandmixinginagasturbinecombustor．Theproposedmodeladoptsaone--equationsubgridscaleturbulentmodeltohandletheeffectofthefilteredsubgridscaleeddiesonthesolvedlargescaleeddies．Spraydropletsaretrackedusingbothl_ag

5、rangianmethodandMentoCarlotechnique．andthesampledsprayparticlesareregardedaspointsourcestoconducttwo-waycouplingsofmass，momentumandenergy．Thetwo-waycouplingmodelbasedonSGSturbulentkineticenergyisusedtomodelthemutualinfluencesbetweenSGSfluctuatingvelocityandthemovementofspraydroplets．Theproposedmod

6、elsarevalidatedagainstalargesimulationofaco-axialmodelcombustorandthepredictionsarecomparedtotheexperimentaldata．Goodagreementsareobtained,whichdemonstratethereliabilityoftheproposedmodels．Keywords：combustor；gasturbine；largeeddysimulation；two-waycoupling；atomization0引言试验研究表明，燃油在燃气轮机燃烧室内的雾化、蒸发及与空气进

7、行混合的过程对直喷或预混燃烧室中的燃烧过程起至关重要的作用【Ⅷ。蹦c网通过试验研究发现，燃料混合在空间上的不均匀性和时间上的脉动性对氮氧化物的排放量有显著影响；此外，燃烧室内的流动状态以及燃油喷雾粒子的大小和速度分布对燃烧过程同样有重要影响。光学测试和数值模拟是目前研究燃烧室内燃油混合及燃烧过程的2种主要方法。光学测试已被成功应用于燃油喷射及混合过程的研究中㈣，但使用数值模拟方法对燃烧前喷雾的分布情况进行理论研究的文献较