雙旋流模型燃燒室高溫區(qū)演化分析

高東碩，金 捷，沈 碩，李 敏，曾 家，王 方

(北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院仿真研究中心，北京 100191)

在航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C燃燒器中，旋流火焰以良好的點火性能和穩(wěn)定性得到廣泛應(yīng)用，且旋流火焰能在非常有限的小體積內(nèi)進行高效率的能量轉(zhuǎn)化[1].由于雷諾數(shù)較高，旋流一般處于湍流狀態(tài)，流動發(fā)展過程中常出現(xiàn)多種不穩(wěn)定現(xiàn)象如漩渦破碎和進動渦核(PVC)[2].進動渦核由剪切層的不穩(wěn)定性產(chǎn)生，是旋流流場中的一種不穩(wěn)定的大尺度擬序結(jié)構(gòu)，PVC會影響附近流體使之出現(xiàn)進動特征.Widenhorn 等[3]對一種雙旋流模型燃燒室無反應(yīng)冷態(tài)流進行了數(shù)值研究與激光多普勒測速(LDA)結(jié)果作對比分析，驗證了位于內(nèi)剪切層的頻率為1 514 Hz 的進動渦核的存在.而PVC 引起的速度脈動會導(dǎo)致燃燒場的不穩(wěn)定性，Canepa 等[4]利用3-D 多普勒速度儀對一個雙同向旋轉(zhuǎn)的徑向旋流器引起的不穩(wěn)定流場進行了測量，表明回流區(qū)附近存在大尺度的渦脫落，渦脫落過程會影響燃燒的穩(wěn)定性.

在湍流燃燒模擬中，精度高適用性強的湍流燃燒模型對于湍流燃燒的強烈非線性相互作用的解釋更為合理.LES[5-6](large eddy simulation)作為現(xiàn)階段描述細(xì)節(jié)最多而計算量可行的湍流模擬方法[7]，能夠捕捉流場中的低頻振蕩運動，適合用于模擬有非定常特征的旋流流動.PDF[8](probability density function transport equation)是可以耦合詳細(xì)化學(xué)機理的火焰模型，LES-TPDF 相結(jié)合能夠得到比較詳細(xì)的湍流與化學(xué)反應(yīng)時間尺度，可以描述詳細(xì)的瞬時流場和溫度場，因此在有旋……