高温气体喷水冷却过程数值仿真研究.pdf

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1、第４７卷第４期航空计算技术Ｖｏｌ．４７Ｎｏ．４２０１７年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１７高温气体喷水冷却过程数值仿真研究刘鑫鑫，李德庆，崔燚（上海飞机设计研究院环控氧气系统研究部，上海２０１２１０）摘要：环控试验会排出大量的高温气体，高温气体可通过喷水冷却到合适的温度后排出室外，高温气体喷水冷却过程不仅包含了气、液两相耦合流动，而且存在水的蒸发相变。以国内某环控试验室高温气体喷水冷却系统为例，提出了一种基于欧拉－拉格朗日多相流模型的高温气体喷水冷却过程数值仿真方法，并在ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋上进行了数值仿真研究，仿真结果表明方法对于高温气体喷水

2、冷却过程数值仿真具有一定的参考意义。关键词：喷水冷却；多相流；蒸发相变；数值仿真中图分类号：Ｖ２１６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１７）０４-００９６-０３NumericalSimulationResearchofWaterSprayCoolingProcessforHighTemperatureGasＬＩＵＸｉｎ-ｘｉｎ，ＬＩＤｅ-ｑｉｎｇ，ＣＵＩＹｉ（EnvironmentControlandOxygenSystemDepartment，ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute，Shanghai２０１２１０，China）A

3、bstract：ＥＣＳ（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）ｔｅｓｔｓｄｉｓｃｈａｒｇｅａｌｏｔｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓｔｏｏｕｔｄｏｏｒａｆ－ｔｅｒｃｏｏｌｉｎｇｔｏａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈｒｏｕｇｈｗａｔｅｒｓｐｒａｙ．Ｗａｔｅｒｓｐｒａｙｃｏｏｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅｇａｓｃｏｎｔａｉｎｓｇａｓ-ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ-ｐｈａｓｅｃｏｕｐｌｅｄｆｌｏｗａｎｄｈａｓｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｗａ－ｔｅｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｗａｔｅｒｓｐｒａｙｃｏｏｌｉｎｇｓ

4、ｙｓｔｅｍｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓｉｎｓｏｍｅｄｏｍｅｓｔｉｃＥＣＳｌａｂ，ｏｎｅｎｕｍｅｒｉ－ｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｕｓｅｄＥｕｌｅｒｉａｎ-Ｌａｇｒａｎｇｉａｎｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗｍｏｄｅｌｆｏｒｗａｔｅｒｓｐｒａｙｃｏｏｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅｏｎＳＴＡＲ-ＣＣＭ＋ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｓｏｍｅ

5、ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｓｐｒａｙｃｏｏｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓ．Keywords：ｗａｔｅｒｓｐｒａｙｃｏｏｌｉｎｇ；ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗ；ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ引言为２．２ＭＰａ、最高温度为５５０℃、最大流量为１００００ｋｇ／ｈ。根据环控试验室排空气体参数及试验台布局设计了高环控试验中为实现温度、压力的动态变化，在调试［１－２］温气体喷水冷却系统，如图１所示。由于气体温度较及试验过程中都可能存在高温

6、气体的排空情况。高，未采用常规喷嘴进行喷水，而是在排气管路中加装高温气体直接排放到室外可能会存在安全隐患，可通一根喷水管，喷水管通过水管与高压柱塞泵连接，并且过喷水冷却到合适的温度后再排到室外。高温气体喷喷水管上设置有４对喷水小孔用于对高温气体进行喷水冷却过程既有水又有空气，是组分不相同的两相组［３］成的气液两相流（也称之为二元气液两相流），并且由于气体温度较高，还需要考虑水的蒸发相变。本文以国内某环控试验室高温气体喷水冷却系统为例，提出了一种基于拉格朗日多相流模型的高温气体喷水冷却过程数值仿真方法，采用该方法在ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋上进行了数值仿真研究，并对仿真结果进行了分析，说明了该数值

7、仿真方法的合理性。１物理模型及简化１．１物理模型图１高温气体喷水冷却系统示意国内某环控试验室环控试验时排空气体最大压力收稿日期：２０１７－０６－０８修订日期：２０１７－０７－０３作者简介：刘鑫鑫（１９８８－），男，江苏南通人，工程师，硕士，主要研究方向为环控系统试验设计及仿真。２０１７年７月刘鑫鑫等：高温气体喷水冷却过程数值仿真研究·９７·射冷却。温度，Tc为临界温度，A，B，C，D为方程系数。１．２模型简化２．３仿真实现高温气体喷