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甲烷-液氧超临界压力非预混湍流燃烧的数值模拟 被引量：4
1
作者 汪秋笑 黄东欣 孟华 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2132-2143,共12页
基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方法和火焰面反应进度变量湍流燃烧模型，在准确考虑热物性变化和详细化学反应机理的基础上，建立了适用于超临界压力非预混湍流燃烧的数值模型，开展了甲烷一液氧（LOx）超临界压力同轴喷射非预混湍... 基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方法和火焰面反应进度变量湍流燃烧模型，在准确考虑热物性变化和详细化学反应机理的基础上，建立了适用于超临界压力非预混湍流燃烧的数值模型，开展了甲烷一液氧（LOx）超临界压力同轴喷射非预混湍流燃烧过程的数值模拟研究，着重探讨了推进剂混合比分别为1和3情况下超临界工作压力（6～15MPa）对甲烷一液氧非预混湍流燃烧过程的影响。结果表明：不同混合比情况下压力对火焰温度和结构的影响会有显著的不同。在推进剂混合比为1时，随着压力的升高，火焰变得更长，且火焰温度升高；而在推进剂混合比为3时，随着压力的升高，火焰长度则会变短。在超临界压力下，火焰沿径向有突然的扩张现象（特别是在6MPa压力下）。这主要与液氧物性在拟临界温度附近的突变所造成的拟沸腾现象有关，也会受到液氧喷射动量变化的影响。 展开更多
关键词 非预混火焰 湍流燃烧 超临界压力 火焰面一反应进度变量 混合比
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采用不同建表方法的火焰面模型在燃烧室中的应用研究(英文) 被引量：1
2
作者 唐军 宋文艳 肖隐利 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1810-1820,共11页
为加深对航空发动机燃烧室中湍流燃烧过程的理解,采用不同建表方法的火焰面模型对航空发动机模型燃烧室内的湍流燃烧过程进行数值模拟,包括层流火焰面数据库的构建和反应进度变量的PDF类型两个方面。其中,层流火焰面数据库的构造方法包... 为加深对航空发动机燃烧室中湍流燃烧过程的理解,采用不同建表方法的火焰面模型对航空发动机模型燃烧室内的湍流燃烧过程进行数值模拟,包括层流火焰面数据库的构建和反应进度变量的PDF类型两个方面。其中,层流火焰面数据库的构造方法包括基于扩散火焰的FPV和基于预混火焰的FGM模型,反应进度变量的PDF类型包括δ和β分布。LISA和KHRT模型分别用于模拟液膜和液滴的破碎过程,非平衡Langmuir-Knudsen模型用于模拟液滴的蒸发过程。LISA模型得到的液膜破碎距离约为4.6mm,液滴直径在文氏管出口下游迅速减小到10μm左右,并在头部出口下游附近完全蒸发。通过与相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)测量温度的对比,验证了FPV和FGM模型的精度,并表明在流动变化较大的位置FPV模型具有更高的精度,而其他位置FGM模型具有更高的精度,采用β分布作为反应进度变量PDF的模型,可以有效提高温度的预测进度,而且主燃区内的误差基本都在5%以内。此外采用β分布作为反应进度变量PDF的FGM模型,可以更好地描述未燃混合物被回流燃气点火的过程,而且反应进度变量的PDF类型比层流火焰面数据库构建方法的影响更为显著。 展开更多
关键词 航空发动机燃烧室 火焰面/进度变量 火焰面生成流形 反应进度变量 概率密度函数 建表方法
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湍流扩散火焰局部熄火现象的大涡模拟研究 被引量：10
3
作者 朱文中 杨渐志 +1 位作者 陈靖 陈义良 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期808-815,共8页
为了研究湍流扩散火焰的燃烧特性和局部熄火现象的机理,使用火焰面/反应进度模型对Sandia湍流值班射流火焰E进行大涡模拟。火焰面/反应进度模型适用于非预混燃烧,基于守恒标量和反应标量构建火焰面数据库,将详细的化学反应过程映射到这... 为了研究湍流扩散火焰的燃烧特性和局部熄火现象的机理,使用火焰面/反应进度模型对Sandia湍流值班射流火焰E进行大涡模拟。火焰面/反应进度模型适用于非预混燃烧,基于守恒标量和反应标量构建火焰面数据库,将详细的化学反应过程映射到这两个特征标量的平面上。数值模拟结果与实验数据符合得较好,火焰面/反应进度模型能较好地模拟湍流扩散火焰和预测火焰的不稳定性。研究发现,火焰在轴向距离与中心射流直径比值为7.5至15的截面处局部熄火概率较大,这与该位置标量耗散率偏大有关;火焰在轴向距离与中心射流直径比值为30以后的流场重新点燃,原因是混合物分数和当量比变小,火焰更多处于贫燃状态。 展开更多
关键词 湍流扩散火焰 大涡模拟 火焰面/反应进度模型 局部熄火
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马赫数6飞行条件圆截面超燃冲压发动机流动燃烧特征分析
4
作者 于江飞 汤涛 +4 位作者 闫博 汪洪波 杨揖心 熊大鹏 孙明波 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第14期215-228,共14页
本文基于RANS方法对马赫数6飞行条件下的乙烯燃料圆截面超燃冲压发动机燃烧流场开展了数值研究,计算中采用了压力相关的火焰面/进度变量模型,得到的数值结果与试验吻合,并据此分析了0.18和0.06当量比工况的火焰结构和燃烧特征。计算表明... 本文基于RANS方法对马赫数6飞行条件下的乙烯燃料圆截面超燃冲压发动机燃烧流场开展了数值研究,计算中采用了压力相关的火焰面/进度变量模型,得到的数值结果与试验吻合,并据此分析了0.18和0.06当量比工况的火焰结构和燃烧特征。计算表明,0.18当量比工况释热强度高,在流场中形成了热壅塞,并且预混燃烧和扩散燃烧共同主导了整体的释热。而0.06当量比工况流道中心仍是超声速状态,扩散火焰主导了整体的释热。2个工况中,射流背风区和轴对称凹腔都是重要的反应区,其中射流背风区释热强度高,而凹腔起到了增强混合和提高燃烧效率的重要作用。 展开更多
关键词 圆截面超燃冲压发动机 火焰面/进度变量模型 超声速燃烧 轴对称凹腔
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基于双进度变量的非预混火焰NO生成大涡模拟研究
5
作者 万佳伟 魏正昀 +2 位作者 蒋旭东 郭军军 柳朝晖 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期295-302,共8页
本文基于火焰面/进度变量(FPV)模型框架,提出了一种双进度变量NO输运修正模型。将该模型与大涡模拟相结合,对Sandia非预混甲烷射流火焰开展了数值模拟。结果表明,该模型对于NO浓度的预测精度相比于文献中结果显著提升。进一步详细分析... 本文基于火焰面/进度变量(FPV)模型框架,提出了一种双进度变量NO输运修正模型。将该模型与大涡模拟相结合,对Sandia非预混甲烷射流火焰开展了数值模拟。结果表明,该模型对于NO浓度的预测精度相比于文献中结果显著提升。进一步详细分析了具有火焰不稳定性的Sandia火焰F的NO生成特性,当雷诺数从22400升高至44800时,火焰F相比于火焰D,中心轴线处的NO峰值下降约28%。模拟结果成功捕捉到了雷诺数升高导致的强局部熄火现象,以及该条件下火焰温度降低,NO生成受到抑制的趋势。 展开更多
关键词 火焰不稳定性 大涡模拟 火焰面/进度变量模型 NO生成
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基于火焰面/进度变量模型的超声速燃烧IDDES模拟 被引量：2
6
作者 王浩苏 单繁立 +1 位作者 牛健 朴英 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期321-327,共7页
为了清晰地描述超声速条件下的复杂流动与燃烧过程,建立了基于IDDES模型和火焰面/进度变量模型的湍流燃烧数值模拟方法,并应用于德国宇航中心(DLR)超燃冲压发动机的数值模拟。计算结果与实验数据符合良好,表明该方法可以较为准确地描述... 为了清晰地描述超声速条件下的复杂流动与燃烧过程,建立了基于IDDES模型和火焰面/进度变量模型的湍流燃烧数值模拟方法,并应用于德国宇航中心(DLR)超燃冲压发动机的数值模拟。计算结果与实验数据符合良好,表明该方法可以较为准确地描述超声速湍流燃烧过程,也验证了经过可压缩性修正的火焰面/进度变量模型适用于超声速燃烧问题的求解。同时,利用k-ωSST模型对同一算例进行了计算,发现其对物理量分布的计算精度要低于IDDES模型,说明湍流输运过程的描述对火焰面/进度变量模型的计算精度有重要影响。 展开更多
关键词 超燃冲压发动机 湍流燃烧 火焰面/进度变量模型 IDDES模型
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超声速反应流火焰面/进度变量模型 被引量：2
7
作者 范周琴 孙明波 刘卫东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1750-1755,共6页
基于Pierce低马赫数条件下的火焰面/进度变量模型,考虑可压缩性和激波的影响,发展了用于超声速湍流反应流的火焰面/进度变量模型.该模型通过求解混合分数和进度变量两个标量方程来描述化学反应,且采用火焰面方程解的完整的三个分支:稳... 基于Pierce低马赫数条件下的火焰面/进度变量模型,考虑可压缩性和激波的影响,发展了用于超声速湍流反应流的火焰面/进度变量模型.该模型通过求解混合分数和进度变量两个标量方程来描述化学反应,且采用火焰面方程解的完整的三个分支:稳态燃烧分支、具有局部熄火状态的非稳态分支和完全熄火分支.利用该模型对德国宇航中心(DLR)的超燃冲压发动机进行模拟,与稳态火焰面模型得到的附着火焰不同,计算结果捕捉到了熄火和火焰抬举现象;且数值阴影和平均温度分布与实验结果吻合较好. 展开更多
关键词 超声速湍流燃烧 稳态火焰面模型 火焰面/进度变量模型 熄火 抬举火焰
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超声速可压缩火焰面模型的研究进展
8
作者 高振勋 蒋崇文 李椿萱 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期651-659,I0001,共10页
火焰面类模型最初是针对低速流动提出的湍流燃烧模型,本文针对其向超声速可压缩流动的推广研究进行了综述。对于火焰面模型,其数据库建立时环境压强为常数以及静焓与混合分数线性关系的假设在超声速流动中均不适用。数值实验发现:一方面... 火焰面类模型最初是针对低速流动提出的湍流燃烧模型,本文针对其向超声速可压缩流动的推广研究进行了综述。对于火焰面模型,其数据库建立时环境压强为常数以及静焓与混合分数线性关系的假设在超声速流动中均不适用。数值实验发现:一方面,数据库中主要组分浓度对于环境压强的变化并不敏感,但中间产物浓度在不同压强下变化明显;另一方面,静焓与混合分数偏离线性关系这一因素所引起的火焰面模型获得的温度场差别很小。对于火焰面/进度变量模型,其数据库中进度变量的化学反应源项对于压强和静焓-混合分数关系的变化则很敏感,现有考虑这一影响的可压缩修正主要是通过针对利用未经修正的数据库PDF积分后的平均源项进行标度来实现。数值结果表明,可压缩标度方法可有效考虑高马赫数效应对进度变量源项的影响,从而改善火焰面/进度变量模型对超声速燃烧流动的模拟精度。 展开更多
关键词 超声速燃烧 火焰面模型 火焰面/进度变量模型 可压缩修正
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基于火焰面/进度变量方法模拟超临界压力下的液氧甲烷火焰
9
作者 李钰航 王祎 +1 位作者 吴宝元 杨建文 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期826-833,共8页
为了深入认识超临界压力下低温推进剂的复杂燃烧过程,基于OpenFOAM开源CFD仿真平台,采用真实流体热物性模型结合火焰面/进度变量模型建立了一套超临界湍流燃烧的均相模拟方法。针对Mascotte试验台的液氧甲烷燃烧实验进行了数值模拟,结... 为了深入认识超临界压力下低温推进剂的复杂燃烧过程,基于OpenFOAM开源CFD仿真平台,采用真实流体热物性模型结合火焰面/进度变量模型建立了一套超临界湍流燃烧的均相模拟方法。针对Mascotte试验台的液氧甲烷燃烧实验进行了数值模拟,结果较准确地捕捉了火焰形态,同时研究了燃烧室压力对火焰的影响。研究表明:由于超临界压力下液氧在升温时存在拟沸腾过程,射流剪切层中液氧迅速膨胀并产生了径向向外的流动,造成了火焰的突然扩张并在火焰下游形成回流区;燃烧室压力升高时甲烷密度增加而入口速度减小,同时液氧升温膨胀的幅度减小,造成了火焰长度的增加以及火焰下游回流区的消失。 展开更多
关键词 超临界燃烧 低温推进剂 真实流体 火焰面进度变量模型 均相求解器
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钝体射流火焰及其点火过程的大涡模拟 被引量：4
10
作者 杨涛 张健 +1 位作者 吕金明 晋国栋 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1281-1291,共11页
钝体燃烧器广泛应用于航空发动机、燃气轮机、锅炉等设备的燃烧室中.对其点火过程的了解和控制直接关系到设备的安全运行和污染物排放等重要问题.我们采用基于火焰面/过程变量燃烧模型的大涡模拟方法对湍流非预混钝体射流火焰及其点火... 钝体燃烧器广泛应用于航空发动机、燃气轮机、锅炉等设备的燃烧室中.对其点火过程的了解和控制直接关系到设备的安全运行和污染物排放等重要问题.我们采用基于火焰面/过程变量燃烧模型的大涡模拟方法对湍流非预混钝体射流火焰及其点火过程进行了详细的数值模拟.以Sydney钝体燃烧器的无反应射流和有反应甲烷/氢气(CH_4/H_2)火焰为研究对象,首先通过统计平均的数值结果与实验测量及文献数据的对比,全面检验了所用数值方法和燃烧模型;随后,详细展示了钝体燃烧器点火和火焰发展的瞬态过程;最后,对钝体射流的点火过程进行了细致的分析和表征.根据温度峰值、羟基(OH)质量分数和甲醛(CH_2O)质量分数峰值随时间的变化表征了强制点火过程的4个阶段:点火源衰减、点火触发、点火核生成和点火成功.其中,点火核驻留的空间位置位于钝体燃烧器冷态流场外侧涡的尾部回流区域附近. 展开更多
关键词 钝体射流 强制点火 火焰面/过程变量模型 大涡模拟
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