航空航天科学与工程论文_Saturne中TPDF湍流燃

文章摘要:在我国两机专项的背景下,发展可靠的、可以应用到航空发动机上的国产化CFD数值模拟软件,进行高精度湍流燃烧数值模拟,以指导我国航空发动机的设计,一直以来都是国内航空领域学者追求的目标。本文在法国开源软件平台Code_Saturne（以下简称为Saturne）上,构建了可以较好模拟湍流和化学反应之间相互作用关系的输运概率密度函数TPDF（Transport probability density function）模型,为实现国产化CFD软件进行了探索,同时也为后人在Saturne软件平台构建其他类似燃烧模型提供了一定的参考。本文首先为了检验在Saturne中新构建的TPDF湍流燃烧模型,选用了美国sandia实验室测得的非预混射流火焰Flame D算例,进行了RANS-TPDF方法的数值模拟,其中化学反应机理选用了甲烷单步反应机理。其次,本文还利用成熟的商业化软件fluent,在只改变了燃烧模型（EBU、E-A、Finite-Rate）的条件下,进行了同一算例的模拟,并与Saturne模拟结果进行了对比。模拟结果显示,Saturne中RANS-TPDF的模拟结果,可以与Flame D实验结果有比较好的符合度,得到稳定的、符合实际物理情况的高温流场,但是在中间三个截面模拟精度稍显不足;经过与Fluent其他湍流燃烧模型算例比较,发现所有这些模拟结果在中间截面都出现了类似的模拟偏差;相比其他模型,只考虑湍流影响而未考虑化学反应影响的EBU模型精度稍低,但总体而言,不同湍流燃烧模型之间的差异较小。因此雷诺平均（RANS）湍流模型更可能是造成该项偏差的主要原因,如果想更精准的模拟湍流燃烧,大涡模拟（LES）可能是一个更好的选择,另外一步反应机理的使用也是引起模拟偏差的原因。以上结果表明,本文在Saturne自主添加的TPDF模型可以应用到非预混射流火焰模拟中,要想获得更高的模拟精度,使用LES-TPDF方法,结合详细化学反应机理,将是一个很好的前进方向。

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论文DOI:10.26914/c.cnkihy.2022.000034

论文分类号:V231.2

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