新型纽扣式涡喷发动机燃烧室数值模拟

为了给超微型燃烧室提供数据参考,对设计的某微型燃烧室的稳态燃烧过程进行数值模拟。采用三维建模,入口参数采用等熵数值计算,考虑了湍流化学反应、热辐射等情况,不仅得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及各组分浓度分布,而且分析了燃料/空气的流动与回流、燃烧效率以及总压恢复系数的情况,并与实验数据进行对比。计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况。结果表明,燃烧室出口速度约为65m/s,出口温度约1000K,仿真与实验数据契合度高,燃烧室结构设计合理。      

固体火箭发动机燃烧室层流流场的数值模拟

该文发展了一种在任意曲线坐标系上求解层流Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值方法，该算法以ＳＩＭＰＬＥ为基础，采用了非交错网格，因而对原始算法中的压力修正方程进行了改进。用准定常方法数值模拟了固体火箭发动机燃烧室内的二维轴对称流场，计算结果能够反映流场内的旋涡与各参数的分布。计算表明，压力与速度等参数的分布明显受旋涡存在的影响，比传统的一维流场复杂得多。     

航空发动机涡轮流动及噪声数值模拟

发展可靠、高效、低噪声的发动机是航空工业不懈的追求.涡轮作为航空发动机核心部件之一,其流动及换热问题始终是贯穿航空发动机设计、制造的核心问题.随着航空发动机风扇和喷流噪声得到大幅控制,涡轮噪声逐渐凸显,并日益受到关注.为推动航空发动机涡轮流动换热及噪声数值模拟方法的工程应用,首先,以航空发动机涡轮中复杂湍流及流动换热问...     

二维火箭发动机燃烧室化学反应粘性流场的数值模拟

用时间相关法的显式格式 ,结合两方程的k -ε湍流模型求解氢氧发动机燃烧室中的粘性化学反应流场 ,化学反应采用 9种组分、5个主要反应的有限速率的化学反应模型 ,得到了流动参数与组分的质量分数在燃烧室中的分布情况。其结果同理论分析的结果相一致 ,从而验证了用数值模拟方法取代部分实际试验的可行性及可信性     

小型二冲程直喷发动机爆震燃烧特性数值模拟

为了了解点火参数对小型二冲程直喷发动机爆震燃烧的影响,利用GT-Power和AVL Fire软件对该发动机整机及燃烧室分别建立了仿真模型,选取扭矩、功率等数据验证了模型的正确性,并对发动机在5 000r/min、大负荷工况下的缸内平均压力和温度、放热率、累积放热量以及爆震强度分布等特性进行了研究.结果表明:在点火提前角由15℃A逐渐增加至35℃A的过程中,小型二冲程直喷发动机的扭矩、功率、缸内混合气燃烧放热量、放热率、缸内平均压力和温度的峰值均呈现出逐渐增大的趋势,而且会伴随着爆震强度表征物的浓度增大,二冲程直喷发动机的爆震倾向加强;当异步点火相位由0℃A逐渐增加至5℃A时,二冲程直喷发动机的扭矩、功率呈现出略微减小的趋势,两个火花塞附近由于湍动能增大,加快了火焰传播速度,使得末端混合气低温反应时间变短,爆震强度表征物的浓度逐步减小,二冲程直喷发动机爆震发生的倾向有所减小.     

热辐射不对称条件下室内热环境的数值模拟

建筑内围护结构的热辐射不对称可能引起的室内温湿度分布异常,严重时甚至导致热舒适区的偏移。为精确预测热辐射不对称条件下室内热环境的变化特征,本文以海信 空调公司的青岛厂区的环境实验室为研究对象,严格按照实验室的尺寸、布置进行全尺寸建模,并且保留了空调器内部的流动和换热结构,从而保证模拟结果的精度。为了兼顾流动和传热问题过程中高雷诺转捩流和远场低雷诺流动,采用了SST k-ω湍流模型;采用多孔介质模型模拟空调器内部换热器;采用Coupled算法来实现快速迭代计算。为了验证模拟的精确度,进行了相同边界条件下的试验测量,获得实验室内210个测点的温度值和四个高度上的相对湿度,并计算得到室内气流的均匀度、垂直温差等关键参数。结果表明,空调送风量的模拟值与实测值的相对误差为7%,98%温度测点的相对误差在±5%以内。本研究表明,通过全尺寸数值模拟可以得到精度较高的室内温度分布的模拟结果,精确预测非对称热辐射条件下室内热环境。     

微型环形燃烧室数值模拟及优化设计

为了优化微型环形燃烧室的设计方案,利用流体分析软件Fluent,采用RNGk-ε双方程湍流模型分别对两个微型环形燃烧室的内部流场进行了三维的冷态数值模拟,得出了它们的内部流场分布。两个模型分别是采用了航空发动机大型燃烧室设计理论及公式设计而成的燃烧室模型,和已经在实际中成功应用的国外某型微型涡喷发动机燃烧室模型。该文分析两个模型各燃区内计算流场的差异,确定了满足设计性能要求的目标流场,并对原有设计参数进行局部调整,使其流场组织向目标流场靠近。通过此方法,确定了燃烧室优化后的设计参数。     

燃烧室冷态流动的数值模拟

采用曲线坐标,对一个典型的燃气轮机燃烧室的冷态流动进行了数值计算,得到的结果定性合理．同时,提出了一种新颖而又简单的网格生成方法,使用该方法得到的计算网格的质量明显优于常规方法     

先进旋涡燃烧室燃烧特性数值模拟

为研究先进驻涡燃烧室的燃烧特性,采用三维数值模拟方法,得出AVC中钝体布置对旋涡稳定性和总压损失系数的影响规律,并恰当选择AVC几何结构.对AVC燃烧和污染物排放特性的研究结果表明,AVC具有燃烧稳定性好、燃烧效率高、污染物排放水平低等优点.     

发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70~0.80MW/m²。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。      

流固耦合作用下航空发动机燃烧室热疲劳研究

针对某航空发动机在服役过程中出现的燃烧室基体开裂现象,研究了航空发动机的燃烧室热疲劳。通过三坐标扫描逆向建模获得了航空发动机的燃烧室三维模型,选取满足周期性对称条件的1/10扇形段燃烧室作为计算域,考虑流体域与固体域之间的相互作用,建立了某航空发动机燃烧室湍流燃烧流固耦合模型,对典型工况下燃烧室内流场进行了模拟,获得了燃烧室基体及热障涂层的温度分布,并对热障涂层外表面温度场与实际服役燃烧室热障涂层宏观样貌进行对比,验证了流固耦合计算的准确性;对燃烧室基体进行了非线性静力学分析,获得了燃烧室基体的应变分布,应变最大位置与燃烧室基体实际开裂位置对应;通过Manson-Coffin公式及线性累积损伤理论,计算得到了在典型工作循环下危险点的寿命。结果表明,随着发动机负荷的上升,燃烧室基体温度逐渐升高,在冷热气流的冲击下,掺混孔下游区域温度分布不均匀,使得该区域塑性应变较大从而导致掺混孔区域的低周疲劳破坏,危险点的最低寿命典型起落循环数为7 126。     

液体火箭发动机燃烧室液膜冷却数值研究

对液体火箭发动机燃烧室中的液膜冷却进行了数值模拟．采用有限容积法对燃气和液膜控制方程同时进行求解，对燃气和液膜分别采用标准k-ε模型和修正的Van Driest模型描述其湍流流动．燃气的辐射传热采用热流模型计算，同时对液膜干涸点下游的流动与传热进行了模拟．详细研究了气液界面上质量、动量和热量的传输特性，发现当壁面绝热时，燃气对流传热和液膜蒸发所吸收的汽化潜热在界面热量传递中起主导作用，但燃气的辐射传热和液膜显热不能被忽略．同时，分析了各种因素对液膜长度的影响，计算结果与实验符合良好，对工程实践有指导意义．     

小型航空Wankel发动机转子结构优化仿真

三角转子是小型航空Wankel转子发动机的核心部件,其高速旋转过程中承受着温度、惯性力和燃气爆发压力等复杂载荷耦合作用,更加容易因强度不足发生失效与破坏。针对多重载荷耦合工况下,三角转子应力集中与强度问题,建立发动机热力学模型,获得发动机单循环内燃烧室缸温、缸压以及换热系数变化曲线,计算转子各处热边界条件,分别在机械应力、热应力与热 机械耦合条件下,采用有限元的方法对三角转子进行温度场、应力场与变形量仿真分析,并提出转子腰部圆孔边缘处加工圆角和冷却孔处布置散热片优化方法。仿真结果表明：优化后三角转子最大应力由原来的687.0 MPa下降为403.9 MPa,约为原来的58.79%;转子腰部圆孔边缘应力由577.5 MPa下降为306.1 MPa,降低为原来的53.02%;冷却孔处应力值也由212.6 MPa降至113.2 MPa,约为原来的53.25%。布置散热片后,转子平均温度下降20 K以上,转子腰部圆孔边缘与冷却孔温度下降40 K左右,密封槽尖端变形量由0.21 mm降至0.15 mm,减小27.7%。转子应力场得到改善,变形量减小。     

数值模拟研究燃烧室冷态流场结构

运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与横向来流的相互作用形成了反向旋转涡对结构,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透.进动涡核(PVC)发源于燃烧室头部旋流器装置内部,基于功率谱密度预测了PVC引发流场振荡的特征频率.     

三维加力燃烧室湍流燃烧的数值模拟

本文对涡扇发动机三维加力燃烧室内的气相湍流燃烧过程进行了数值模拟。湍流模型采用标准ｋ－ｅ模型,湍流燃烧采用涡旋破碎（ＥＢＵ）模型,数值方法采用ＳＩＭＰＬＥ算法。计算结果定性合理。     

凹腔超声速燃烧室燃烧流场数值模拟

对带凹腔结构的燃烧室二维甲烷燃烧流场进行数值模拟,采用迎风三阶精度MUSCL格式求解二维含组分守恒N-S方程,湍流模型采用剪切修正的RNG k-ε湍流模型,分别分析了凹腔不同长深比和导流槽结构对燃料燃烧的影响.对喷甲烷燃烧工况进行了计算研究,结果表明:凹腔可以提高燃烧效率,却使总压恢复系数降低;凹腔的长深比越大,燃烧效率越高,总压恢复系数越低;导流槽可以在总压恢复系数较高的情况下进一步提高燃烧效率.     

基于数值模拟的大型原油储罐热辐射响应研究

为了得到一定热辐射条件下储罐的失效时间,对大型原油储罐在热辐射作用下的热响应进行研究,提出基于数值模拟的分析方法。利用FDS软件构建10万m~3原油储罐燃烧模型,模拟得出邻罐所受到的热辐射强度分布;利用ANSYS软件构建10万m~3原油储罐受热模型,分析储罐受到热辐射时的温度场分布;考虑储罐钢材的热物理性质,分析储罐在考虑热应力和不考虑热应力这2种条件下各自的失效时间。研究结果表明:考虑热应力时储罐经过245 s便发生失效,不考虑热应力时储罐理论失效时间超过3 600 s,可见大型原油储罐区火灾事故中热应力是储罐受热失效的关键因素。     

涡扇发动机加力燃烧室流场的数值计算和分析

将涡扇发动机加力燃烧室冷态流场的计算结果与实验数据进行比较，发现若进口速度分布采用实验值，则计算结果与实验值符合得相当好．然后，着重研究Ｖ型槽稳焰器的安放位置对流场的影响，并整理成准则形式，为实际Ｖ型槽在加力燃烧室中最佳安放位置提供了参考依据．     

发动机催化燃烧多维数值模拟

将发动机三维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKIN Ⅲ及DETCHEM相耦合,模拟了催化燃烧对均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程及排放的影响.发动机以甲烷为燃料,其表面和空间氧化反应采用了详细的动力学机理.利用此模型分析了活塞顶催化剂铂(Pt)或铑(Rh)涂层对HCCI发动机着火时刻、缸内温度场及HC、CO、NOx 排放的影响,结果表明催化燃烧会使HCCI发动机着火时刻提前,同时能降低HC、CO的排放,但会提高NOx 的排放;在相同工况下,相比催化剂Pt,催化剂Rh使HCCI发动机着火时刻提前的幅度要大,同时HC的排放要低,但CO及NOx 的排放要高.     

压缩空气发动机系统的数值模拟

文章简要介绍了压缩空气发动机的原理,详细叙述了实验中使用的压缩空气发动机及管路系统的构成以及运用FLOWMASTER软件对压缩空气发动机及管路系统的总体建模,进行数值模拟计算,并将其结果与实验数据进行了对比分析。