EBU和PDF模型在燃烧室上的应用

得到 了两种模 型下的速 度场 ， 温度场等特性 ， 并对结果进 行 了分析 。获得 了适合 高温升燃 烧室计算 的模 型。
关键 词
ＣＤ Ｆ
燃烧 室
Ｖ３ ； Ｄ 模
Ａ
中图法分类号
先进 燃气 轮 机 燃烧 室 的发 展 是 一 项 复 杂 的过
均 值和 脉动 时均值 ， 表 可 以获得 该 点 处 的 时均 质 查 量 分数 ， 时均 平均 密 度 和 时均 平 均 温度 等 量 ＿ 。 因 ８ ］ 为不 需要 求解 很 多组 分 输 运方 程 ， 种 方 法在 计 算 这
上非 常有 效 ， 为 一 种 喷 即燃 的模 型 ， 适 用 于 非 作 仅
第 １ ２卷
第 １ ５期
２１ ０ ２年 ５月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ １ ２ Ｎｏ ５ Ｍ ａ ．１ ｙ２０１ ２
１ ７ — １ １ ２ ２） ５ ３ ９ —４ ６ １ ８ ５（ ０１ １ — ６ ９ ０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｃ ｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ
中的 较小 者 Ｊ 。在反 应 中 Ａ ｒｅ ｉｓ 程 起 到一 种 ｒ ｎｕ 方 ｈ
程 ， 要很 多 严 格 的 反 复 试 验 和测 试 ， 个 过 程 是 需 整 十分 昂贵 的。计 算 流体 动 力 学 （ Ｆ 作 为 一 种 新 Ｃ Ｄ） 的研究 方 式 ， 于 其 能 够 准 确 预 测 反 应 的 流 动 状 由 况 ， 先进燃 气 轮机 的研 究 过 程 提 供 了 一种 有 效 地 为 方式 ， 并能够 有效 地 减 少研 制 的费 用 ¨ 。 高温 升 燃 Ｊ 烧室作 为先 进燃 气 轮机 发 展 的一个 方 向 ， 内外 都 国 做 了大 量 的研究 。Ｊ对 于 高温 升 燃 烧 室 试 验 的费 ，
题 。通 过解一 个 或两 个 守 恒 的输 运 方 程 ， 然后 建 立
一
个 基 于混合 分数 的查 询 表 ， 给定 流 域 中一 点 的 时
用更是 昂贵 ， 所以 Ｃ Ｄ前期计算就显得更加重要 。 Ｆ
对 于燃 烧室 的燃 烧 反 应 ， 由于 牵扯 到 复杂 的反 应 机理 ， 给 Ｃ Ｄ计 算 带 来 了很 多 的 困难 。 为此 ， 这 Ｆ 在 燃烧 反应 中 ， 商用 软件 提 出 了很 多模 型用 于 预 测 燃 烧后 的 温 度 场 ， 度 场 ， 应 产 物 种 类 。作 为 比 速 反 较 流行 通用 的 Ｆｕｎ 软 件 ， 提 供 了通 用 有 限速 率 ｌｅｔ 它 模型、 非预 混燃 烧 模 型 、 预混 燃 烧 模 型 和 部 分 预 混
双旋流 结构 头 部 和 文 献 ［ １ 中介 绍 的 Ｌ Ｐ贫 １］ Ｐ 油预混 预蒸 发燃烧 的头 部 类 似 ， 果 表 明形成 的 回 结 流 区也 相似 。燃 烧 后 的流 场 如 图 ３所示 ， 用 Ｐ Ｆ 使 Ｄ
作 ， 长明灯” 在各个 工况下起到稳定火焰 的作 是“ ，
用（ 尤其 在低 工况 下 ） ；
（ ） 却 方 式 为 发 散 小 孔 冷 却 ，Ｊ 采 用 切 向 ３冷 ， 进 气方 式 ， 间距 为 ５ｍｍ， 孔 孔径 ０ ５ｍ ． ｍ。 １ ２ 计算模 型 ． 现 研究 两种 模 型 的流 场 和 燃烧 温 度 场 等 特性 ，
动 力开 关作用 ， 够 阻止 化 学 反应 在 火 焰 稳定 器 之 能
前发生反应 ， 所以这种模 型能够用在研究预混燃烧
燃烧 室 中 ， 讨论其 是 否能用 于非 预混燃 烧室 中 。 现
非 预混 Ｐ Ｆ模 型在 一 定 的假 设 下 把 化 学 反 应 Ｄ
简化为单一 混合分数 ， 烧 问题 被简化 为混 合 问 燃
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１ ２卷
（ ）头部旋流器采用主副模双旋流结构来产生 １
回流 区 ， 以没 有 燃 烧 室 主燃 孔 ， 所 主燃 区 空 气 全 部
２ 计算结果与讨论
２ １ 流 场特 性 ．
通过 头部进 入 ， 头部 冷 却 空 气 即是 冷 却 空 气 又是 燃 烧空 气 ， 留了掺混孔 ， 于 出 口温 度分 布 的控 制 。 保 用 （ ）副油 加副 模 空气 燃 烧 区在 内 ， 油 加 主模 ２ 主 空气 燃烧 区在 外 ， 中副 模 燃烧 区从 头 至 尾 始终 工 其
Ｐ Ｆ模 型对新 型燃 烧 室 结 果 进行 了数 值 计 算 ， 结 Ｄ 对
果进 行 了对 比。
有限速率涡耗散模 型是基 于组分质量分数 的
输 运方 程 的解 ， 用 由用 户 定 义 或 系统 定 义 的反应 采
机 理 ， 化学 反应 进行计 算 。且对 Ａ ｒｅｉｓ 程 和 对 ｒ ｎｕ 方 ｈ
预混 燃烧 。
１ 物理模型和计算方法
１ １物 理模 型结构 ．
燃烧模型等燃烧模型。
基 于新 一 代 高 温 升 燃 烧 室 使 用 了两 种 化 学 反
应模 型 通 用 有 限 速 率 涡 耗 散 Ｅ Ｕ 模 型 和 非 预 混 Ｂ
使用 的单 管燃 烧室 如 图 １所示 。空气 流量 分配 按新 一代 高温 升燃烧 室 的设计 要求 。
涡耗散 反应速 率方 程 都 进 行计 算 ， 应 速 率 取 两个 反
２１ ０ ２年 ２月 ２ ７日收到 ， １ ３月 ２日修改 第一作者简介 ： 常 峰（９ ７ ） 男 ， 士研究 生 ， １８ 一 ， 硕 研究方 向： 高性能
图 １ 单管燃烧 室物理模 型
结 构特 点分析
航空发动机燃烧室的研究 。Ｅ ｍ ｉ：４ ６ ７ ８ ＠ｑ ．ｏ 。 — ａｌ ３３ ２４ ｑ ｃｒ ４ ｎ
⑥
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎｒ． ０ ２ ｃ ｅｈ Ｅ ｇｇ ．
Ｅ Ｕ和 Ｐ Ｆ模型在燃烧室上的应用 Ｂ Ｄ
常 峰 索建秦 梁红侠 黎 明 武 晓欣
（ 西北工业大学动力与能源学 院， 西安 ７ ０ ７ ） １０２
摘
要
使用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件 中两种常用燃烧模 型—— 有 限速率涡耗散 （ Ｂ 模 型和 Ｐ Ｆ模 型对高温升燃 烧 室进 行 了计算 ， Ｅ Ｕ） Ｄ