新型一体化加力燃烧室方案的数值模拟

航空发动机燃烧室流场数值模拟与优化设计随着航空业的迅速发展，航空发动机的设计和性能优化变得尤为重要。

燃烧室作为发动机的核心部件之一，对于燃烧效率和排放控制起着至关重要的作用。

在这个任务中，我们将探讨航空发动机燃烧室流场数值模拟与优化设计的方法和应用。

首先，数值模拟是研究航空发动机燃烧室流场的重要工具。

通过建立数学模型和方程组来描述和模拟流动现象，可以获得实验难以获取的详细信息，如速度分布、温度分布和压力分布等。

流场数值模拟主要包括流体动力学（CFD）和燃烧模拟两个方面。

在CFD模拟中，我们可以通过离散数量的方法对连续流动进行描述。

以Navier-Stokes方程为基础，结合边界条件和初始条件，使用数值方法进行求解，得到流动场的详细信息。

这些信息可以帮助我们理解燃烧室内的流动特性，并优化设计参数。

例如，通过调整燃烧室内壁面的形状和结构，可以改善气流的分布和速度，从而提高燃烧效率和减少气流不稳定性。

另一个重要的方面是燃烧模拟。

燃烧模拟是通过数学模型来描述燃烧过程，包括燃料喷射、燃烧反应和燃烧产物生成等。

通过燃烧模拟，我们可以预测燃烧室内的温度分布、燃烧效率和排放物生成情况。

这对于发动机的性能评估和排放控制非常重要。

通过优化设计燃烧室的结构和喷射系统，可以提高燃烧效率和降低排放物的产生。

在航空发动机燃烧室流场数值模拟与优化设计中，还有一些挑战和难点需要克服。

首先，模型的准确性和计算速度之间存在一个权衡。

使用更复杂的数学模型和方法可以提高准确性，但会增加计算的复杂性和时间。

其次，边界条件和初始条件的选择对于模拟结果也具有重要影响。

合理选择边界和初始条件可以更真实地模拟实际发动机的工作状态。

最后，优化设计参数的选择和调整也需要经验和专业知识的指导。

为了克服这些挑战，我们需要充分利用现有的计算机硬件和软件技术，提高计算能力和算法的效率。

同时，需要建立准确的实验验证模型，和发动机制造商、航空公司以及研究机构之间进行密切合作，共同推进燃烧室流场数值模拟与优化设计的研究。

某型航空发动机燃烧室性能数值模拟摘要本文以某型燃气轮机燃烧室为研究对象，该型燃烧室是环形燃烧室，为了取得满意的模拟结果，同时考虑到计算机的计算能力，截取了带有三个头部的火焰筒扇形段作为计算模型。

使用Gambit软件完成了燃烧室模型的建立，采用Fluent软件对某型发动机最大状态燃烧室流场及温度场进行数值模拟，得出燃烧室典型截面的流场、温度场，并对计算结果进行了分析。

分析计算结果表明，火焰的最高温度位于主燃孔的轴向位置，火焰温度在主燃孔附近达到最高温度后开始下降，燃烧室出口温度场中，出口截面最高温度为1820K,平均温度为1342K,温度分布整体上比较均匀。

燃烧室出口的平均速度为128.99m/s,这些数值符合环形燃烧室的燃烧特点，可见数值模拟在一定程度上可以真实反应火焰筒内的气流结构和燃烧过程。

这些结果为今后燃烧室的设计、改进、研制和发展提供有价值的参考依据和基础数据。

关键词：燃烧室；温度场；数值模拟；流场；Numerical Simulation of Combustor Performance ofCertain Aero-EngineAbstractThis article is aimed at studying certain aero-engine, this type of combustion chamber is annular, in order to obtain satisfactory simulation results, considering calculation capacity of the computer, we have intercepted flame canister fan-shaped section with three heads as a computation model. We have used Gambit software to complete the combustion model, using Fluent software to simulate the peak load of this aero-engine combustion chamber flows and state, to conclude the flow field of combustion chamber typical section, the temperature field .Then the obtained results are analyzed. Analysis shows that the calculation results are acute, it also shows that the highest temperature of flame is in the axial position of the primary holes, the flame temperature on the primary holes began to fall after the highest temperature near the combustion chamber, in the field of outlet temperature, the highest temperature of export section is 1820K, the average temperature is 1342K, the distribution of the temperature is overall even. The average speed of combustion chamber exports is 128.99 m/s, these values match the annular combustion chamber combustion characteristics, it is visible that in some extent numerical simulation could actual response in the combustor liner airflow structure and burning process. These results provide valuable reference basis and data for the design, improvement, development and improvement of the combustion chamber in the future・Keywords: combustor; Numerical simulation; Velocity field; Temperature field1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2航空发动机燃烧室的工作情况 (2)1«3 )I)j y/、••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••. 31.4燃烧室数值模拟的现状和发展 (4)1.5数值分析在燃烧室模拟中的应用 (5)1.6本课题研究对象及内容 (6)2燃烧室数值模拟的数学模型及其数值解法 (7)2.1基本数学物理模型 (7)2.1.1基本控制方程 (7)2.1.2湍流模型 (9)2.1.3燃烧模型 (9)2.1.4辐射模型 (13)2.1.5微分方程组的通用形式 (13)2.2数值计算方法 (14)2.2.1三维气相燃烧流场的离散方程 (14)2.2.2离散化方程的求解 (16)3软件选择与模型建立 (18)3.1软件的选择 (18)3」.l FLUENT 软件 (18)3」.2 GAMBIT 软件 (18)3.2燃烧模型的建立及网格划分 (19)3.3边界条件 (20)4模拟结果和分析 (22)4.1引言 (22)4.2温度场模拟结果及分析 (23)4.3速度场模拟结果及分析 (27)5结论 (32)参考文献 (34).......................................................... 错误!未定义书签。

加力燃烧室湍流两相流动与燃烧的数值模拟的开题报告1. 研究背景和意义随着发动机性能的不断发展和提高，越来越多的发动机需要使用高压燃烧技术，其中加力燃烧室是一种常见的应用。

在加力燃烧室中，高温高压气体加速进入燃烧室，与燃料相混合后进行燃烧反应。

加力燃烧室的工作过程受到许多因素的影响，如两相流动的湍流流动和燃烧。

因此，研究加力燃烧室的湍流流动和燃烧过程，对于提高发动机的工作效率和性能具有重要意义。

2. 研究现状目前，对于加力燃烧室的湍流流动和燃烧过程的研究主要是通过计算流体力学（CFD）数值模拟来实现的。

在湍流流动方面，常用的模拟方法包括Reynolds平均Navier-Stokes方程（RANS）模型、无网格方法以及直接数值模拟（DNS）。

在燃烧方面，主要研究化学反应机理和燃烧模型。

然而，由于加力燃烧室的复杂性和计算量的限制，目前的数值模拟方法还存在一些局限，如预测不准确和计算时间长等问题。

3. 研究内容和方法本文将采用CFD数值模拟方法，对加力燃烧室的湍流流动和燃烧过程进行研究。

具体研究内容包括：（1）探究加力燃烧室中两相流动的特征和运动状态，建立相应的数学模型。

（2）应用RANS模型和无网格方法，分析加力燃烧室中的湍流流动特性，并分析其对燃烧过程的影响。

（3）采用化学反应机理和燃烧模型，模拟燃烧反应的过程，分析燃烧产物的形成及其在燃烧室中的分布和作用过程。

（4）通过模拟结果和实验数据的对比，验证所建立的数学模型的准确性和可靠性。

4. 预期成果和创新点本文的预期成果包括：（1）建立加力燃烧室湍流两相流动和燃烧的数学模型，并对其进行数值模拟计算。

（2）深入理解加力燃烧室的流动和燃烧特性，揭示其内在机理。

（3）验证所建立的数学模型的准确性和可靠性，并提出改进意见。

本文的创新点在于：（1）针对加力燃烧室的湍流流动和燃烧过程进行了全面系统的研究和探讨，为加力燃烧室的设计和优化提供了理论支持。

（2）采用多种数值模拟方法和化学反应机理，对加力燃烧室的流动和燃烧过程进行了深入分析和研究，为燃烧理论的应用和发展提供了新思路。

随着计算流体力学和燃烧仿真模型的迅速发展，以数值仿真为主的燃烧室设计方法逐步取代以大量试验为主的常规设计方法成为可能，并为以最短的周期和最少的费用设计出高水平的航空发动机燃烧室开辟了新的技术途径。

主燃烧室和加力燃烧室（如图1、图2所示）是航空发动机的重要部件，其燃烧性能的优劣将直接影响航空发动机的整机性能、动力输出和污染排放。

燃烧室的工程研发具有学科集成度高、技术难度大、研发周期长、研制风险高等特点，其研发过程通常需要依赖大量的物理试验。

出于降低研制成本、缩短研制周期和减少对物理试验依赖的初衷，20世纪70年代以来，燃烧数值仿真技术被引入到航空发动机的工程设计和型号优化过程中，使得燃烧室设计由基于物理样机的试验设计方法逐步转向基于燃烧虚拟仿真的设计方法。

尤其是近年来，随着现代数学方法、计算机技术和燃烧仿真理论的迅速发展，燃烧数值仿真相关的物理、化学模型不断完善，使得数值仿真技术在航空发动机燃烧室工程研制过程中的作用日益突出，为燃烧室工程研制提供了新的技术手段。

图1 典型主燃烧室示意图2 加力燃烧室示意燃烧室数值仿真工程应用的背景燃烧室设计的关键问题燃烧室作为航空发动机动力的主要来源，其研制的过程受到了航空发动机研制机构的重点关注，通常在其工程设计过程中需要关注如下技术问题。

一是燃烧室气动热力性能评估与优化（如图3所示）。

主要关注主燃烧室和加力燃烧室的总压损失、燃烧效率、出口温度等气动热力性能参数，相关参数的评估和优化对航空发动机的综合性能有重要影响，必须在设计期间进行全面评估和优化。

图3 主燃烧室/加力燃烧室综合燃烧性能评估二是燃烧室点火、熄火与动态燃烧稳定性预测。

在工程设计过程中燃烧室的点火、熄火特性和动态燃烧稳定性，对发动机的使用包线、加速性和可靠性影响很大，工程分析与预测的方法并不完善，技术难度高，在设计中必须重点关注。

三是燃烧室构件装配与变形协调仿真及冷却、换热分析和强度寿命评估。

燃烧室构件冷态装配与热态变形协调，以及因高温引起的刚度、强度和寿命问题突出。

内燃机燃烧过程的数值模拟与优化内燃机是一种应用广泛、性能稳定的动力装置。

传统的燃烧过程设计采用试错法，需要进行大量的试验，计算成本高昂，浪费资源，而且不一定能够实现最佳燃烧效果。

因此，研究内燃机燃烧过程的数值模拟方法与优化技术，对于提高内燃机性能、降低污染排放、节约能源都有重要意义。

一、内燃机燃烧过程的特点内燃机的工作步骤是：吸气、压缩、燃烧、膨胀和排气。

其中，燃烧过程是整个工作中最重要的环节。

内燃机燃烧过程的特点主要包括三个方面。

第一，非常快速。

内燃机燃烧需要极短的时间，例如，汽油机的燃烧时间只有1ms左右。

由于燃烧时间非常短，因此难以使用传统数学方法和实验方法来研究。

第二，非常复杂。

燃烧过程涉及物理、化学和传热学等学科，涉及空气、燃料、气体混合、温度、压力等多个参数，非常难以进行简单的数学描述。

第三，非常重要。

燃烧过程决定了内燃机的功率和效率，同时也是产生排放污染物的重要原因，因此对于燃烧过程的深入研究具有极其重要的意义。

二、数值模拟在内燃机燃烧过程中的应用数值模拟是一种依靠计算机模拟物理过程的方法。

在内燃机燃烧过程中，数值模拟可以用来模拟燃烧室内的动态流场、温度、压力、燃料分布和燃烧反应等。

数值模拟方法主要包括三类：基于经验公式的模拟方法、基于CFD的模拟方法和基于混合方法的模拟方法。

其中，基于CFD的模拟方法是目前最为常用的方法，它可以有效地解决燃烧过程的复杂性和快速性问题。

基于CFD的模拟方法可以分为三个步骤：网格化、模拟计算和后处理。

首先，需要将燃烧室进行网格化，然后将物理方程和化学反应方程进行离散化，并在计算机上进行模拟计算。

最后，需要对计算结果进行后处理，以得到燃烧室内的各种参数分布、燃料分布和气体反应等信息。

数值模拟可以提供全面的、动态的、准确的参数分布信息，可以帮助设计师理解燃烧过程中的物理现象和化学反应，并且能够帮助设计师优化燃烧室结构和燃烧过程参数。

数值模拟可以省去大量的试验成本，提高内燃机的设计效率。

内燃机燃烧过程数值模拟及优化内燃机的燃烧过程是指燃油在气缸内与空气混合，然后在点火的作用下发生燃烧，进而产生功率和动力的过程。

与此相应，内燃机的燃烧效率直接影响着其热效率和经济性。

因此，内燃机的优化燃烧过程，提高燃烧效率成为目前发动机领域内的研究热点。

燃烧过程的数值模拟，是目前内燃机燃烧优化的主要手段。

通过数值模拟，可以得到内燃机的一些未知参数，并在此基础上进行优化。

下面将简单介绍内燃机燃烧过程的数值模拟及相应的优化方案。

1. 燃烧过程的数值模拟燃烧过程的数值模拟，主要包括以下三个方面：一是燃油喷射及雾化的数值模拟。

这需要建立燃油喷射模型，对喉管几何参数、燃油喷射压力等多种参数进行研究，进而得到燃油在气缸内喷射的状态和特点；二是燃烧过程的空气和燃料混合的数值模拟。

这需要建立气缸内的三维空气流动模型，通过模拟气缸内空气流动状态，来了解燃烧室中空气与燃油混合的情况；三是燃烧过程的数值模拟。

这需要建立燃烧反应模型，对燃料的化学反应进行模拟，并得到燃烧时产生的各种物质的浓度分布和温度分布等信息。

通过以上三个方面的数值模拟，我们可以得到内燃机燃烧过程中的温度、压力、速度等一系列参数，进而了解发动机的燃烧过程，对于改进内燃机性能，提升热效率、降低排放等方面具有非常重要的作用。

2. 优化燃烧过程的措施在了解了燃烧过程的情况之后，接下来需要考虑的是优化燃烧过程，进而提高内燃机的性能。

以下是几种常用的优化措施。

一是优化燃烧室的结构。

通过改变燃烧室的壁面形状、减小燃烧室的体积、增加气缸的缸廓曲线等方式，来优化燃烧室的结构，改善燃油和空气混合的情况，进而提高燃烧效率；二是优化燃油喷射系统。

通过改变燃油喷射压力、改良喷口结构等方式，进一步实现燃油和空气的良好混合，促进燃烧过程；三是通过优化气缸内的气流分布，改善空气和燃油之间的混合效果，减少"死区"发生，提高燃烧效率。

三种优化措施彼此之间并不独立，有时候需要综合采用。

内燃机燃烧过程数值模拟和优化研究内燃机是现代交通运输的重要动力，汽车、发电机、飞机、船舶等都离不开内燃机。

内燃机的效率和环保性是制约其发展的关键因素之一。

因此，研究内燃机燃烧过程的数值模拟和优化已成为当前研究的热点之一。

本文将从模拟和优化两个方面介绍内燃机燃烧过程的研究进展。

一、内燃机燃烧过程数值模拟1. 模拟方法内燃机燃烧过程的数值模拟一般使用CFD（Computational Fluid Dynamics）方法。

CFD是基于数值方法和计算机技术，利用数学模型和计算方法对运动流体的流场、传热、传质和化学反应等的数值计算与分析的一种方法。

2. 模拟模型内燃机燃烧过程的模拟一般采用三维动态模型，将燃油喷雾、气缸内空气和废气混合等复杂过程通过CFD模拟求解，并考虑模型的热力学、化学反应和燃烧等特性。

3. 模拟结果内燃机燃烧过程的数值模拟可以得到燃烧室内的压力、温度、速度等参数的分布，以及氧、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质的生成和排放。

通过模拟可以优化发动机的燃烧室设计、进气系统和喷油系统等参数，提高发动机的效率和减少排放。

二、内燃机燃烧过程优化1. 利用EGR技术EGR（Exhaust Gas Recirculation）技术是指将废气回收并混合到进气中加以利用的技术。

利用EGR技术可以降低发动机的燃烧室温度和压力，减少氮氧化物的生成量，提高发动机的燃烧效率和换热效率。

2. 利用混合燃料技术混合燃料技术是指将两种或多种不同的燃料混合使用的技术。

利用混合燃料技术可以减少燃料的使用量，降低有害物质的排放量，提高发动机的燃烧效率。

3. 利用增压技术增压技术是指通过压缩空气的方式增加燃料的燃烧效率和动力输出。

利用增压技术可以提高发动机的效率和动力输出，减少废气排放。

4. 利用燃油喷射技术燃油喷射技术是指通过更精细的燃油喷射方式，使燃料可以更好地混合到空气中，从而提高燃烧效率和减少有害物质的排放量。

总之，内燃机燃烧过程的数值模拟和优化研究是当前发动机研究的重要方向。

燃气轮机燃烧室数值模拟与优化论文近年来，随着能源供应不断增加，燃气轮机日益成为了工业领域的主流能源设备。

燃气轮机的工作原理是将化石燃料燃烧后产生的高温高压气体带动涡轮转动，从而产生动力。

然而，在燃气轮机的运行过程中，燃烧室的效率和寿命成为了影响其性能的关键问题。

为了解决这些问题，科学家们通过数字模拟和优化的方法，不断改进燃气轮机的设计和性能。

本文将介绍一篇关于燃气轮机燃烧室数值模拟与优化的论文，主要包括以下内容：燃气轮机燃烧室的特点和挑战、燃烧室数值模拟方法、数值模拟结果分析、优化设计方法及其效果评估。

燃气轮机燃烧室的特点和挑战燃气轮机燃烧室是将燃料燃烧产生的高温高压气体带入涡轮机的一个关键组件。

它不仅需要保证燃料的完全燃烧，还需要将燃烧后产生的高温气体冷却降温，以确保它不损伤涡轮机叶片和其他组件。

同时，燃烧室还需要满足一系列的设计要求，如较低的尺寸、较高的效率和稳定性等。

在此过程中，一些问题也随之而来。

首先，燃烧室内的空气动力学特性非常复杂，包括气体速度、压力、密度等多种因素。

其次，燃烧室燃烧过程中产生的高温气体对燃烧室壁面产生了高温高压的冲击，这常常导致燃烧室壁面的烧蚀，从而缩短了燃烧室的寿命。

最后，燃烧室内的污染物排放也是一个严重的问题，可以对环境造成严重的危害。

为了解决这些问题，科学家们使用数值模拟的方法，通过计算机等工具对燃烧室内的复杂流体流动进行数值模拟，预测其运行状态和性能，以优化其设计并提高其效率。

下面讨论一下数值模拟方法和结果分析。

燃烧室数值模拟方法数值模拟是对燃气轮机燃烧室进行分析和设计的重要方法之一。

现代数值模拟方法主要分为两类：数学模型和数值方法。

数学模型是从实际情况中抽象出来的数学模型，如包括燃油喷射、燃气混合、燃烧等等。

数值方法是利用计算机对数学模型进行数值求解的过程，包括有限体积法、有限元法、谱方法等。

在燃烧室数值模拟中，通过利用数学模型和数值方法对复杂的流体流动进行数值计算，确定关键参数，如温度、压力、速度分布等。

第卷第期航空动力学报Vol. No.年月Jour nal of Aerospace Power Nov.文章编号：新型一体化加力燃烧室方案的数值模拟王伟龙，金捷，井文明(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：传统的加力燃烧室设计给航空发动机带来了额外的重量，同时常规的钝体火焰稳定器在非加力状态下，会带来巨大的流动损失。

为了解决以上所提到的各项问题，提岀了新型一体化加力燃烧室方案。

采用了数值模拟的方法去研究设计方案的性能。

数值仿真的结果表明，本设计方案对入口参数不敏感；在所有研究的工况条件下，总压恢复系数均高于0.96，加力燃烧室的效率接近0.90 ;采用波瓣混合器的设计方案具有最佳的总体性能。

关键词：一体化；加力燃烧室；数值模拟中图分类号：V232.5 文献标志码：ANumerical simulation on novel integrated afterburner schemeWANG Wei-l on g,JIN Jie,JING Wen-mi ng(School of Jet Propulsi on ,Beij ing Uni versity of Aero nautics and Astr on autics, Beijing 100191, China )Abstract: Traditi onal afterbur ner desig n brings additi onal weight to aero engine and its blunt body flame-holder causes significant flow loss in non-augmentation condition. A novel integrated afterburner scheme was proposed, to overcome problems mentioned above. Computational investigation was con ducted to research its performa nee. Numerical result i ndicated that the scheme was not sen sitive to inlet parameters; total pressure recovery coefficient of all conditions was greater than 0.96;combustion efficie ncy was n earby 0.90; the scheme with lobed mixer had the best overall performa nee.Key words: integrated; afterburner; numerical simulation加力燃烧室位于燃气涡轮和喷管之间，是航空发动机的重要部件。

柴油机燃烧室流场模拟与优化设计一、引言柴油机作为一种常见的内燃机，广泛应用于汽车、发电机组等领域。

燃烧室是柴油机关键组成部分之一，直接影响其燃烧效率和排放性能。

为了提高柴油机的工作性能，研究人员不断努力，其中流场模拟和优化设计是重要的研究方向之一。

本文将针对柴油机燃烧室流场模拟和优化设计进行深入探讨。

二、柴油机燃烧室流场模拟1. 数值模拟方法在柴油机燃烧室流场模拟中，数值模拟方法是一种常用的研究手段。

通过建立数学模型和计算方法，可以模拟燃烧室内的流场和燃烧过程。

数值模拟方法的优势在于可以获得燃烧室内各参数的分布情况，以及对不同工况进行仿真分析。

2. 流场模拟参数在柴油机燃烧室流场模拟过程中，需要考虑的主要参数有进气流速、喷油量、缸内压力等。

这些参数直接影响燃烧室内的流场分布和燃烧过程。

通过调整这些参数，可以优化柴油机的工作性能，提高燃烧效率和降低排放。

三、柴油机燃烧室流场优化设计1. 流场优化设计目标柴油机燃烧室流场优化设计的目标是改善气体混合、减小燃烧不均匀性、降低湍流强度等，从而提高燃烧效率和降低排放。

为了达到这些目标，需要根据燃烧室特点和工况要求，结合流场模拟的结果进行优化设计。

2. 流场优化设计方法在柴油机燃烧室流场优化设计中，可以采用多种方法，如喷油系统优化、燃烧室形状改变等。

其中，喷油系统是影响燃烧室流场的重要因素之一，通过改变喷油量、喷油角度等参数可以优化燃烧室内的气体混合情况。

此外，通过改变燃烧室的形状、增加缸内增容等措施也可以改善流场分布和湍流强度。

四、柴油机燃烧室流场模拟与优化设计案例以XX柴油机为例，使用流体力学软件进行燃烧室流场模拟和优化设计的案例。

首先，通过数值模拟方法建立柴油机燃烧室的几何模型和计算域。

其次，设置燃烧室进气流速、喷油量等参数，并进行初始条件和边界条件的设定。

然后，进行流场模拟，获得燃烧室内的速度、压力等参数分布。

最后，根据模拟结果进行优化设计，通过改变喷油系统和燃烧室形状等方式，优化燃烧室流场分布，提高燃烧效率。

QD128航改燃气轮机燃烧室数值模拟
QD128航改燃气轮机燃烧室数值模拟
应用计算流体动力学软件FLUENT,对QD128航改燃气轮机燃烧室进行了三维数值模拟计算分析.为了验证数值计算结果的合理性.首先,对以航空煤油为燃料的航机燃烧室进行了CFD数值模拟计算.并将采用3种湍流模型得到的CFD计算结果与航机燃烧室性能试验结果进行了对比,确定了适合燃烧室数值模拟计算的湍流模型Realizable k-ε;然后,采用Realizable k-ε湍流模型,对燃用天然气的QD128燃气轮机燃烧室进行了数值模拟计算,根据其计算结果,对QD128燃气轮机燃烧室出口温度场进行了优化,并对改进后的燃烧室进行了CFD计算,计算结果表明改进措施是有效的.
作者：金戈张志学顾铭企 JIN Ge ZHANG Zhi-xue GU Ming-qi 作者单位：沈阳发动机设计研究所,沈阳,110015 刊名：航空发动机英文刊名： AEROENGINE 年，卷(期)： 2008 34(2) 分类号：V2 关键词：航改燃气轮机燃烧室数值模拟 CFD。

Equipment Manufacturing Technology No.11，2017基于燃气轮机功重比大、机动性好、可靠性高和换装快捷等特点，目前国际上先进主战舰艇普遍采用燃气轮机作为主动力。

在如今大型舰船领域中，使用简单循环的燃气轮机在功率覆盖上并不能够很好地满足技术需要，然而直接进行新机型的设计工作，存在着研制周期长、费用高等问题。

因此，对现有的燃气轮机进行适当改造，以满足大功率发动机的需求是更为可行的方案。

采用复杂循环方式改进燃气轮机，可以通过改进循环的方式提高燃机系统总体性能。

其中，间冷循环作为复杂循环的一种，其机构简单、可靠性高，普遍认为是对原型机进行改造的一个可行方案[1]。

采用间冷循环会使得燃烧室的喷油量大幅增加，造成容热强度明显提高，进而导致火焰被拉长、燃烧室出口的温度分布情况变差等问题，最终造成涡轮叶片寿命缩短[2-3]。

针对这一点，需要对容热强度提高后（即增容工况）的燃烧室进行系统研究，对其燃烧流场进行重新组织，为间冷循环技术的实施提供基础[4]。

对于燃烧的组织方面，需要从雾化特性、旋流器湍流脉动性能和燃料、空气的强化掺混方法等多角度对该问题进行研究。

该研究的关键是在增加燃烧室容热强度的同时，尽可能地缩小原型燃烧室的结构尺寸，并使增容燃烧室的性能接近甚至超过原型机设计工况下的性能。

1数学模型的分析与评价体系近年来，随着计算机技术和计算燃烧学的快速发展，利用数值模拟方法对燃烧室的设计性能参数进行初步的评估，是一种有效缩短燃烧室设计周期的方法，能在降低成本的同时达到提高设计效率的目的。

燃气轮机燃烧室内的燃烧过程涉及气体的流动、液态燃料的雾化、蒸发及其与空气的掺混、液气两相流的耦合、燃料的燃烧等过程。

1.1某型燃气轮机环形燃烧室结构某型舰用燃气轮机的环形燃烧室结构如图1所示，由头部轴向进气，经过扩压器进入燃烧室，此扩压器的轴向长度为150mm ，而后空气一部分由头部经过一个两级的斜切孔与径向组合的旋流器一同进入火焰筒中，在旋流器的下游区域形成中心回流区，在回流区中加强燃料喷嘴喷出的燃料液滴与一次空气的掺混。

内燃机燃烧过程数值模拟内燃机燃烧过程是引擎动力输出的基础，如何减少传统燃烧引擎的排放和提高燃烧效率一直是汽车制造商和科研人员研究的重点。

数值模拟技术在这方面发挥了重要作用，本文将介绍内燃机燃烧过程数值模拟的主要方法和应用。

内燃机燃烧过程数值模拟的主要方法包括燃烧室流体动力学模拟（CFD）、化学反应动力学模拟、碰撞加成模型等。

燃烧室流体动力学模拟是目前应用最广泛的一种方法，它采用计算流体力学原理对气缸内的燃气流动进行数值计算。

该方法可以研究燃烧室内的空气与燃料混合、燃料着火和燃烧过程等，对于优化气缸内的混合和燃烧过程具有重要的意义。

化学反应动力学模拟是根据燃料氧化的化学反应原理，对燃料燃烧的化学反应过程进行数值计算。

该方法可以研究燃料的化学反应特性和气缸内的温度、压力等参数对燃烧过程的影响。

碰撞加成模型则是对气缸中燃料点之间的化学反应进行计算，通过对燃料点之间碰撞加成的影响进行分析，研究燃料在气缸内的燃烧过程。

内燃机燃烧过程数值模拟的应用可以用于汽油机、柴油机、涡轮增压器等内燃机的燃烧优化。

例如，在燃烧过程的初期，通过优化进气气流路径、气缸内气体的流动特性等，可以实现优化空燃比的目的，从而提高燃烧效率和减少排放。

在燃烧后期，通过优化排气管形状和尺寸，可以减小排放噪音和数量。

此外，内燃机燃烧过程数值模拟还可以用于研究新型燃料在内燃机中的燃烧特性。

例如，生物质燃料在内燃机中的应用就是一个研究热点。

生物质燃料在燃烧过程中会产生较多的氮氧化物和细颗粒物排放，通过内燃机燃烧过程数值模拟可以研究优化生物质燃料的应用和燃烧方式。

总的来说，内燃机燃烧过程数值模拟技术的发展，为汽车行业的节能减排和新能源开发提供了理论参考和技术支撑。

未来在内燃机燃烧过程数值模拟的发展中，应将传统动力燃料的转化和新型燃料的开发与内燃机结构设计、排放控制技术相结合，创新性开展数值模拟计算和试验研究相结合的综合技术，以实现内燃机燃烧过程的高效、清洁和可持续发展。

火箭发动机燃烧室数值模拟与优化设计火箭发动机是航空航天事业的重要组成部分。

其作为载具的推进力来源，对于飞行器的性能影响极大。

火箭发动机的关键部件之一是燃烧室，它是燃烧燃料的地方，将燃料和氧化剂混合并在其内部燃烧。

燃烧室的工作原理十分复杂，需要进行精确的优化设计。

本文将介绍燃烧室数值模拟与优化设计的研究现状和未来发展方向。

一、燃烧室数值模拟的基本原理燃烧室数值模拟是利用计算机程序对燃烧室内燃烧过程进行模拟，通过海量数据分析燃烧室内流场、燃烧过程、热力学参数和结构参数等，以达到优化燃烧室设计的目的。

数值模拟方法包括有限元方法、有限体积方法、边界元法等。

有限元方法是将燃烧室划分为无数小元素，通过组合得到整体流场。

一般采用比较精确的流体动力学模型、热传输模型和化学反应模型。

通过求解控制方程，得到燃烧室的温度场、流速场和物质组分等信息。

有限体积方法是在计算区域中选取一定数量的有限体积，将物理量的积分化为差分方程。

通过计算差分方程，可以得出数值模拟结果。

边界元法是通过对边界或特定位置的物理量进行计算，根据边界条件获取燃烧室内流场、温度场、热力学参数等。

二、燃烧室数值模拟的应用燃烧室数值模拟在火箭发动机燃烧室设计中的应用，可以大大提高燃烧效率、减少能量损失。

具体应用包括：1. 燃烧室的几何结构与流场分析燃烧室设计的难点在于如何保证燃烧气体的均匀混合和尽量不扰动。

通过数值模拟，可以分析燃烧室内气体的流动情况、产生的气流扰动等参数信息，从而优化燃烧室的几何结构和配气方案，以达到提高燃烧效率和降低排放污染物的目的。

2. 燃料和氧化剂混合的优化燃料和氧化剂混合非常重要，混合不均会导致部分燃料没有被完全燃烧，从而影响燃烧效果。

通过数值模拟，可以分析和优化燃料和氧化剂的混合情况，调整燃烧室的进气量和出气量，使得燃料和氧化剂更好地混合，提高燃烧效率。

3. 温度和压力的分析在燃烧室内会产生很高的温度和压力，因此需要进行充分的分析。

内燃机燃烧过程数值模拟与优化设计当今社会，各种工程技术的发展都是建立在科学研究的基础之上。

其中涉及到的数值模拟技术也越来越成为了各种科学计算和工程设计的重要方法。

而内燃机的燃烧过程作为其中的一个重要研究领域，也越来越需要数值模拟的支持和优化设计的引导。

本文将从内燃机的燃烧过程入手，探讨其数值模拟与优化设计的研究进展和应用热点。

一、内燃机燃烧过程的数值模拟研究内燃机是目前广泛应用于各种交通工具和机械设备中的一种专用发动机。

其最常用的工作方式是利用可燃混合气体在缸内燃烧产生高温高压气体，使活塞在缸内做功。

因此，内燃机的核心技术就是控制燃烧过程，提高热效率和功率输出。

而数值模拟就是实现这一目标的有效途径。

在内燃机的燃烧过程数值模拟中，主要涉及到的问题包括混合气的形成、燃烧反应、温度场和压力场等多个方面。

其中，针对混合气的形成，可以采用CFD（计算流体动力学）模拟手段来分析燃油喷射、空气进入和涡流的复杂相互作用；对于燃烧反应过程，可以通过化学动力学模拟(lateral chemistry)和CFD耦合的方法来预测燃烧速率和燃烧产物；对于温度场和压力场的预测，可以借助于传热学和热力学等相关理论，计算出各个区域的温度和压力分布，从而掌握整个燃烧过程的情况。

近年来，随着数值模拟技术的不断发展和计算机硬件的迅速提高，内燃机燃烧过程的数值模拟在理论研究和工程应用方面都取得了许多重要进展。

比如，对于引擎燃烧的三维数值模拟方法的深入研究，以及在火炬点、火焰前沿、空间分辨率和时间分辨率等方面的改进，使得引擎性能的预测和优化明显提高。

同时，也有很多新型的数值计算模型被开发出来，如人工智能模型、多物理场模型等，这些都为内燃机燃烧过程的精确模拟提供了更多的手段。

二、内燃机燃烧过程的优化设计除了数值模拟分析，在内燃机的燃烧过程优化设计方面也有很多研究者做出了重要的贡献。

从热力学手段到基于实验的优化设计，再到数值模拟和计算优化等方面，都有很多方法和技术被应用到内燃机的燃烧过程优化设计中。

内燃机燃烧行为的数值模拟和优化设计内燃机是现代交通工具、农业机械、发电机等的动力来源之一，其效率和排放的优劣直接影响着车辆性能、环境污染和燃油消耗等方面。

因此，对于内燃机燃烧行为的数值模拟和优化设计已成为学术界和汽车工业界的研究热点。

1. 内燃机燃烧行为分析燃烧是内燃机动力的基本过程，其过程极其复杂。

为了更好地了解内燃机燃烧行为，需要先进行燃烧分析。

一般来讲，内燃机燃烧行为分析会涉及两个方面，即燃料与氧气的混合/喷射和燃烧过程。

燃料与氧气的混合/喷射：这一环节主要关注燃料如何与氧气进行混合或喷射，以及如何保证混合度的合理性。

一个好的混合过程能够使得燃烧更为完全，进而提高能量转换效率。

燃烧过程：这一环节主要关注燃烧过程中产生的各种现象，例如点火、火焰传播、烟雾和NOx等有害物质的生成等。

这些现象对于内燃机的性能和排放都有极为重要的影响。

2. 数值模拟技术在内燃机燃烧行为分析中的应用相比于实验方法，数值模拟技术有着更高效、更精准、更可控的优势，能够提供更加准确的数据。

因此，数值模拟技术已成为内燃机燃烧行为分析中不可或缺的一部分。

基于数值模拟技术，可以进行各种内燃机燃烧行为的模拟分析，例如流场模拟、燃烧模拟和排放模拟等。

其中，比较常用的数值模拟方法包括计算流体力学（CFD）和多物理场（MPC）方法等。

CFD方法的基本思想是通过物理规律及其数学描述来计算流体运动和热传递等现象。

通过CFD数值模拟，可以精准地分析内燃机中的流动、燃烧和排放等现象，并能够优化内燃机的燃烧过程，以提高内燃机的能量转换效率和降低排放。

MPC方法则是一种同时考虑多个物理场的数值模拟方法。

它可以模拟流体力学、热传递、燃烧、空气流动和化学反应等多个物理场之间的相互作用，从而更为准确地模拟内燃机燃烧行为。

3. 内燃机数值模拟的优化设计在内燃机数值模拟中，燃烧过程是重中之重。

而燃烧过程的优化设计是提高内燃机性能的重要途径。

燃烧室的优化：内燃机燃烧室结构的合理设计能够改善燃烧过程和热传递，从而提高发动机的热效率，减少排放。

内燃机燃烧技术研究进展及燃烧数值模拟内燃机是一种将化学能转化为动力能的热机，燃烧技术的研究进展对于提高内燃机的效率、降低排放和改善燃油利用率都具有重要意义。

近年来，随着计算机技术的快速发展，燃烧数值模拟也得到了广泛应用，可以帮助优化燃烧过程，提高内燃机的性能。

燃烧技术的研究进展主要包括以下几个方面：1.燃油喷射技术的改进：燃油喷射技术是影响燃烧效率和排放的关键因素。

近年来，高压共轨喷射技术的发展使得燃油喷射更加精细化，并且减少了喷雾的冷启动时间。

此外，利用多孔介质喷油器可以改善燃油和空气的混合过程，进一步提高燃烧效率。

2.燃烧室设计的优化：燃烧室的设计对于燃烧过程的稳定性和效率起着至关重要的作用。

现代内燃机燃烧室采用了化学动力学模拟和流动模拟相结合的方法来进行优化设计。

例如，采用缸内直喷式燃烧室可以提高燃烧效率，减少不完全燃烧产物的生成。

3.混合气体自燃技术的研究：混合气体自燃技术是近年来研究的热点之一、通过优化混合气体的组成及其在燃烧过程中的分布，可以实现更高的燃烧效率和更低的排放。

例如，利用特殊喷雾系统和增加混合气体的预混程度可以改善燃烧过程中的自燃条件，提高燃烧效率。

4.燃烧数值模拟：燃烧数值模拟是燃烧技术研究中的重要工具。

利用计算流体力学（CFD）方法，可以精确模拟燃烧过程中的流动和化学反应。

通过对燃烧过程的数值模拟，可以确定燃油喷射参数、燃烧室结构等关键参数的最优值，以实现更高的热效率和更低的排放。

总之，内燃机燃烧技术的研究进展及燃烧数值模拟可以帮助优化内燃机的燃烧过程，提高热效率和节能减排。

然而，燃烧技术的研究还存在一些挑战，例如燃油的可再生性和燃烧过程中的污染物生成等问题需要进一步研究和解决。

希望未来能够有更多的研究和创新，推动内燃机燃烧技术的发展。

燃烧室燃烧流场数值模拟软件的设计与实现的开题报告一、选题背景及意义燃烧室是航空发动机、汽车发动机、工业炉等热能设备的核心部件，其燃烧效率及噪声、排放等性能直接影响着设备的使用效果和环保效益。

而燃烧室的设计及优化依赖于燃烧流场的数值模拟分析，因此燃烧流场数值模拟软件的开发对于提高燃烧室设计及优化的效率和准确性至关重要。

二、研究内容1. 燃烧流场基础理论研究：包括热力学基础、燃烧理论、传热传质等方面的理论知识和燃烧流场分析的基础算法。

2. 燃烧流场数值模拟算法研究：包括流动方程组的建立及求解算法、燃烧方程组的求解方法、化学反应机理模型等方面的研究。

3. 燃烧流场数值模拟软件设计：基于研究所得的理论知识及模拟算法进行燃烧流场数值模拟软件的设计与实现，采用C++语言及数值计算软件进行编程开发，实现燃烧室及其燃烧流场的模拟分析。

三、研究方法1. 理论研究法：通过文献调研及学科交叉学习，深入研究燃烧流场的基础理论知识及数值模拟算法，为后续软件的设计提供理论指导。

2. 数值模拟法：采用经典数值流体力学方案，对燃烧流场进行求解和模拟分析，揭示其物理过程和气动性能。

3. 软件开发法：结合理论研究和数值模拟分析结果，进行燃烧流场数值模拟软件的设计与实现，采用C++编程及数值计算软件，实现燃烧室及其燃烧流场的模拟分析。

四、预期结果本课题针对燃烧室燃烧流场数值模拟软件的设计与实现进行研究，旨在开发出一款基于经典数值方法和计算机编程的燃烧流场数值模拟软件，实现对燃烧流场的精确模拟及性能分析。

在此基础上，可以为燃烧室的设计和优化提供有力的理论支持和实验依据，提高燃烧室的性能和经济性，同时也为航空发动机、汽车发动机、工业炉等相关热能设备的研发提供技术支持。

五、进度安排第一年：1. 对燃烧室燃烧流场数值模拟软件相关理论进行归纳总结。

2. 打磨计算机编程及数值计算基础，为实现燃烧流场数值模拟软件做好铺垫。

第二年：1. 根据燃烧室燃烧流场数值模拟软件相关理论及数值模拟算法进行软件设计和实现。