湍流燃烧数值模拟的研究与进展

航空发动机燃烧流场的数值模拟研究

航空发动机是现代飞行器的核心部件，而其中的燃烧流场是发动机性能的关键之一。因此，对航空发动机燃烧流场进行数值模拟研究，不仅可以加深对该领域的认识，也可以为相关工程技术的发展提供参考。本文中，将对航空发动机燃烧流场的数值模拟研究进行探讨，并对研究现状以及未来发展进行分析。

一、航空发动机燃烧流场基础

航空发动机燃烧流场是指在燃烧室和高压涡轮之间的流场。该流场的燃烧过程直接决定了发动机的热效率、推力和排放等性能。因此，对该流场进行模拟和研究是当前燃烧技术领域的重要课题。

燃烧流场的主要特点是高温、高压和复杂的相互作用。此外，不同种类的燃料以及不同的进气条件会对燃烧流场产生不同的影响。因此，要对该流场进行准确的数值模拟，需要对燃烧过程以及相关流动物理学知识有深入的掌握。

二、航空发动机燃烧流场的数值模拟方法

目前，对燃烧流场的数值模拟主要分为两种：一种是基于完全详细的物理模型进行的直接数值模拟（DNS），另一种是基于更为简化的物理模型进行的大涡模拟（LES）。其中，DNS方法的计算精度高，但计算量大，适用于小尺度流场的研究；而LES方法则计算量相对较少，适用于大尺度流场的研究。

此外，还有一种更为实用的数值模拟方法，即雷诺平均的纳维-斯托克斯方程（RANS）模拟，该方法通过对流场中湍流流动的平均值进行计算，可以在较短时间内得出较为准确的结果。但需要注意的是，该方法对流动的变化响应速度较慢，不能捕捉到流动中较小尺度的结构和涡旋。

三、燃烧流场数值模拟的挑战和趋势

航空发动机燃烧流场数值模拟的一大挑战是计算量大，计算时间长。随着计算机科学技术的发展，如并行计算、高性能计算等，这些问题有望得到有效的解决。此外，还有一些基于机器学习、神经网络等新兴技术的数值模拟方法也在研究之中。

另外，目前航空发动机燃烧流场数值模拟研究主要集中在单燃料模型上。但实际上，现代航空发动机的燃料种类却是多样的。因此，如何将多种燃料的不同性能和燃烧特点结合起来研究，也是当前该领域需要解决的问题之一。

炉窑热工　工业加热　第４Ｏ卷２０１１年第３期　

ＤＯＩ：１Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—１６３９．２０１１．０３．０１０　

ＰａＳＲ湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟　

黄　威，赵平辉，叶桃红　

（中国科学技术大学热科学与能源工程系，安徽合肥２３００２７）　

摘要：采用ＰａＳＲ湍流燃烧模型对湍流燃烧研究中典型的甲烷湍流射流火焰进行了数值模拟。计算采用简化的化学反应机理，并将　计算得到的平均温度场、速度场和各组分的分布与相应的权威实验数据进行了对比。对反应系统中流动和燃烧的不同时间尺度以及　

二者之间的关系作了探讨。计算结果表明，ＰａＳＲ模型能够很好地模拟燃烧过程中流场和组分的变化。在火焰面附近，由于流动时　间尺度与燃烧的时间尺度量级相当，局部混合作用在决定燃烧过程和火焰结构中发挥重要作用。基于ＰａＳＲ模型的时间尺度分析与　

湍流火焰理论中火焰／涡旋相互作用的图谱是一致的。　关键词：湍流扩散火焰；ＰａＳＲ；数值模拟　中图分类号：ＴＦ０５８　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２－１６３９（２０１１）０３．００３３—０６　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｙｐｉｃａｌ　Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　Ｊｅｔ　Ｆｌａｍｅｓ　ｂｙ　ＰａＳＲ　Ｍｏｄｅｌ　

ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｉ，ＺＨＡＯ　Ｐｉｎｇ－ｈｕｉ，ＹＥ　Ｔａｏ—ｈｕｎｇ　

（Ｄｅｐｔ．ｏｆＴｈｅｒｍａｌ　Ｓｃｉ．ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｒ．，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　ｍｅｔｈａｎｅ—ａｉｒｊｅｔ　ｆｌａｍｅｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ａｌｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＰａＳＲ　ｍｏｄｅｌ　ｗｉｔｈ　

ａ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ．Ｍｏｄｅｌｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｌｅ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ　ｂｙ　ａ　ｇｒｏｕｐ　ｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒｉｔａｔｉｖｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ．Ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ｄｉｓ－　

预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟（Ⅱ）数值模拟结果及分析

预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟(Ⅱ)数值模拟结果及分析

用三维湍流N-S方程和单步快速不可逆化学反应描述液氧-煤油液体火箭发动机预燃室内的三维湍流和燃烧过程.采用同位网格和SIMPLE算法求解控制方程,得到了喷注单元和预燃室内参数的详细分布.结果表明,预燃室结构设计合理,其出口处燃气浓度、温度分布均匀,质量加权平均温度与实际温度接近.同时表明,预燃室头部的喷注单元和液氧二次喷注孔的结构排列,喷注单元的流动和燃烧状况,液氧二次喷注孔的入口参数等,对预燃室出口燃气温度等参数分布的均匀性影响很大.

作 者：冯喜平 何洪庆 葛李虎 作者单位：冯喜平,何洪庆(西北工业大学,航天工程学院,陕西,西安,710072)

葛李虎(陕西动力机械设计研究所,陕西,西安,710100)

刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF

PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)：2002 23(3) 分类号：V434.13 关键词：液体推进剂火箭发动机 预燃室 三维流 湍流燃烧 反应流 数值仿真

整堡蔓堡　§生整　塑　册艟珊册田　

数值模拟在燃烧研究中的应用　

郭得锋　

（内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特０１００１０）　

摘要：数值模拟成为当代科学研究的一种重要手段，它是将物理方程在特定的条件下离散求解．　

既方便又经济实用。将这种方法应用到燃烧研究领域，有各个子模块来分别完成不同的复杂计算过程．　这样，分步计算准确，总体功能强大，是一个很有潜力的研究方向。本文列举了燃烧中污染物Ｎｏ生成　

的计算实例来验证其功能。　

关键词：数值模拟；燃烧；污染物Ｎｏ　

中图分类号：Ｆ２０６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７－－６９２１（２００６）０４—００６６—０３　

当前科学研究分成三大部分：理论研究、实验验　

证、数值模拟。作为一种新型的科研手段的数值模　

拟法正在如火如荼的向前发展，渗透到各个领域。　同时工业发展对动力燃烧的研究要求越来越精细。　

实验规模燃烧火焰与实炉不同，难于使用最新的光　

学测量方法，连检测探头的插入都很困难，因此。得　到的多是烟气的组分、以及有限的几个位置的温度。　

测定精度和数据都很不充分，而且费时费钱，也并非　任何时候都能做实验。因此，燃烧的计算机模拟引　起了人们的重视。　

１基本控制方程　

燃烧的数值模拟就是在特定的初始、边界条件　

下。对偏微分方程进行数值解的程序软件。偏微分　方程包括：连续性方程、动量守恒式、能量守恒式、化　学组分守恒式。在以湍流场作为模拟对象时还需要　

加上湍流特性值（湍流能量和湍流能量消散率ｋ一　

究中心（ＮＣＥＥＲ）“现有高速公路设施的地震易损性　分析”科研项目的一部分。Ｓ．Ｄ．Ｗｅｒｎｅｒ等采用ＧＩＳ　

数据库建立了道路系统的地震危险性分析模型、交　

通管理模型和交通流量分析模型，编制了道路系统　的地震危害性（ＳＲＡ）评估程序，并应用于Ｍｅｍｐｈｉｓ　

地区的道路系统，评估了桥梁直接经济损失和系统　

震后各时期内可通行道路数，并对系统的交通流量　影响等进行了研究。与此同时，在美国联邦紧急事