基于RANS求解的火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型研究 被引量：8

1

作者 武文 黄威 +1 位作者 赵平辉 叶桃红 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1016-1022,共7页

通过求解稳态一维拉伸层流扩散火焰面方程,得到混合物分数及反应进度Z-C双标量建表的层流火焰面数据库,并结合混合物分数满足β分布及一阶近似的反应进度变量条件概率密度分布,建立了湍流火焰面平均值数据库.通过将双参数火焰面模型的... 通过求解稳态一维拉伸层流扩散火焰面方程,得到混合物分数及反应进度Z-C双标量建表的层流火焰面数据库,并结合混合物分数满足β分布及一阶近似的反应进度变量条件概率密度分布,建立了湍流火焰面平均值数据库.通过将双参数火焰面模型的查表和求解过程与OpenFOAM计算平台相结合,发展了基于RANS方法的双参数湍流燃烧火焰面模型及数值计算求解器ZCFoam.对轴对称湍流射流Sandia D火焰的模拟表明,计算给出的温度分布、主要组分的分布等与实验值吻合较好. 展开更多

关键词 湍流扩散燃烧 火焰面模型 反应进度变量 OPENFOAM 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于LES的非稳态火焰面/反应进度变量方法模拟部分预混抬举火焰 被引量：2

2

作者 熊模友 乐嘉陵 +3 位作者 黄渊 宋文艳 杨顺华 郑忠华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期148-157,共10页

为了描述部分预混燃烧的火焰机制,捕捉燃烧现象中的非稳态效应,采用大涡模拟与非稳态火焰面/反应进度变量方法相结合来模拟湍流部分预混燃烧抬举火焰,并将计算结果与实验测量值进行了对比研究。结果表明基于大涡模拟的非稳态火焰面/反... 为了描述部分预混燃烧的火焰机制,捕捉燃烧现象中的非稳态效应,采用大涡模拟与非稳态火焰面/反应进度变量方法相结合来模拟湍流部分预混燃烧抬举火焰,并将计算结果与实验测量值进行了对比研究。结果表明基于大涡模拟的非稳态火焰面/反应进度变量方法捕捉到了湍流部分预混燃烧中的火焰抬举现象,计算得到的火焰抬举高度大致为35,和实验测量值完全一致。同时采用各热力学参数在混合分数空间的分布来研究部分预混抬燃烧中具有非稳态燃烧特性的局部熄火现象。各不同截面上的燃烧热力学参数与实验测量值吻合较好,说明采用该方法能比较真实地反映湍流部分预混燃烧的火焰机制。 展开更多

关键词 大涡模拟 非稳态 反应进度变量 抬举火焰 局部熄火

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于火焰面/进度变量模型的超声速燃烧IDDES模拟 被引量：4

3

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

采用辐射修正的火焰面/进度变量方法模拟扩散燃烧火焰

4

作者 赵志涛 刘正先 +1 位作者 赵明 贺莹 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期355-364,共10页

基于开源平台OpenFOAM开发火焰面/进度变量方法求解器,采用进度变量在燃烧S曲线上的不同的插值方法分别对甲烷扩散燃烧火焰进行模拟分析.将模拟结果与试验值进行对比分析,结果表明采用进度变量及混合分数为指标的插值结果更接近试验值.... 基于开源平台OpenFOAM开发火焰面/进度变量方法求解器,采用进度变量在燃烧S曲线上的不同的插值方法分别对甲烷扩散燃烧火焰进行模拟分析.将模拟结果与试验值进行对比分析,结果表明采用进度变量及混合分数为指标的插值结果更接近试验值.在此基础上探讨了在火焰面/进度变量模型中添加辐射模型对甲烷/空气燃烧数值模拟结果的影响,辐射模型采用P1辐射模型与光学薄模型(OTM)进行对比分析.通过与试验值的对比发现,由能量方程隐式计算得到温度并添加辐射模型的火焰面/进度变量方法不仅提高了部分轴向位置截面温度及最终产物CO_(2)、H_(2)O的计算精度,而且使中间组分CO、H_(2)及OH的模拟结果更加接近试验值.火焰面/进度变量方法结合辐射模型可以更为精准地计算湍流扩散火焰中的燃烧过程. 展开更多

关键词 扩散燃烧 火焰面 反应进度变量 S曲线 辐射模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

5

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

旋流燃烧室温度场低阶预估模型

6

作者 吴子恒 张弛 +1 位作者 张广岩 王柏森 《燃烧科学与技术》 北大核心 2025年第3期297-310,共14页

温度场空间分布是燃气轮机燃烧室设计中需要考虑的重要参数,通常由三维数值模拟和高精度实验测量手段获得,然而对于几何形状复杂的燃烧器,实验和模拟耗时长、成本高,导致燃烧器迭代设计过程效率低.本文研究了基于高斯羽流模型的混合分... 温度场空间分布是燃气轮机燃烧室设计中需要考虑的重要参数,通常由三维数值模拟和高精度实验测量手段获得,然而对于几何形状复杂的燃烧器,实验和模拟耗时长、成本高,导致燃烧器迭代设计过程效率低.本文研究了基于高斯羽流模型的混合分数空间分布低阶模型,基于Ⅴ型火焰面几何结构假设和湍流火焰厚度函数发展化学反应进度变量空间分布模型.在此基础上基于温度、混合分数、化学反应进度变量的强关联函数,构建温度场预估模型.基于DLR燃烧室高精度实验数据和三维数值模拟数据开展验证,结果表明,模型可以较为准确地预测混合分数场和温度场的空间分布.将该预估模型应用于实际旋流杯燃烧室,同样具备良好的预估效果.上述对比结果表明,该预估模型在燃气轮机燃烧室设计和方案评估中具有一定的应用前景. 展开更多

关键词 混合分数 反应进度变量 温度场 预估模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向宽域超燃冲压发动机的可压缩湍流燃烧建模

7

作者 赵马杰 夏朝阳 +2 位作者 石保禄 王宁飞 侯晓 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期247-258,共12页

提出了一种基于压力修正的动态可压缩小火焰/反应进程变量(CFPV)燃烧模型。通过分别对低马赫数和高马赫数飞行工况条件下两级燃料喷注的凹腔超燃冲压发动机燃烧室进行雷诺时均模拟,基于详细化学反应建表的CFPV模型在不同工况条件下的预... 提出了一种基于压力修正的动态可压缩小火焰/反应进程变量(CFPV)燃烧模型。通过分别对低马赫数和高马赫数飞行工况条件下两级燃料喷注的凹腔超燃冲压发动机燃烧室进行雷诺时均模拟,基于详细化学反应建表的CFPV模型在不同工况条件下的预测结果均与实验测量结果相吻合。一方面,与原始未修正的FPV模型相比,考虑可压缩修正的CPFV模型预测精度显著提高。另一方面,与传统有限速率类的部分搅拌反应器(PaSR)模型相比,即使在使用总包机理的情况下,基于详细化学反应机理的CFPV模型也具备了高出近5倍的求解速率。此外,超燃冲压发动机燃烧室的初级燃烧区域在低马赫数条件下呈现双模态燃烧,在高马赫数条件下呈现超燃模态燃烧,而次级燃烧区域则在不同飞行马赫数工况下均呈现双模态燃烧。 展开更多

关键词 宽速域 超声速燃烧 小火焰/反应进度变量模型 可压缩修正

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于深度学习建表的宽域发动机火焰面燃烧模型构建与验证

8

作者 于江飞 连城阅 +3 位作者 汤涛 唐卓 汪洪波 孙明波 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期723-739,共17页

以新型宽域发动机为动力的未来新一代飞行器的研发迫切需要CFD方法来进行高效高精度的辅助设计.文章把传统的火焰面/进度变量燃烧模型与深度学习和神经网络方法相结合,构建了新的智能化改进的燃烧模型并进行了算例测试与验证,在保证计... 以新型宽域发动机为动力的未来新一代飞行器的研发迫切需要CFD方法来进行高效高精度的辅助设计.文章把传统的火焰面/进度变量燃烧模型与深度学习和神经网络方法相结合,构建了新的智能化改进的燃烧模型并进行了算例测试与验证,在保证计算效率的同时提高了预测精度.首先,给出了人工神经网络的构建方法,包括数据库划分、数据归一化以及模型的训练等;然后,测试分析了不同函数结构对新建模型的影响,并讨论了基于CPU和GPU的求解器框架下内存占用优化问题;最后,把智能化模型耦合到GPU求解器上对飞行马赫数4~12的3个发动机算例进行了数值模拟.结果表明,智能化改进的模型可代替传统火焰面/进度变量数据库从而实现高维参数建模及模型改进,并可以成功运行在GPU上;智能化改进的模型比传统的模型平均误差减小量均超过了50%,算例误差最大减小值可达57.2%. 展开更多

关键词 火焰面/进度变量模型 全连接神经网络 宽域发动机 燃烧模型 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

9

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

航空发动机两级反向旋流燃烧室燃烧流场大涡模拟研究（英文） 被引量：7

10

作者 周瑜 乐嘉陵 黄渊 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1576-1589,共14页

为深入了解真实航空发动机内燃烧流场,采用动态亚网格模型结合单步快速化学反应(FC)、火焰面(FLM)及反应进度变量(FPV)等三种燃烧模型对径向两级反向旋流燃烧室单头部构型进行了大涡模拟。为避免模型简化误差,对燃烧室包括全部气膜冷却... 为深入了解真实航空发动机内燃烧流场,采用动态亚网格模型结合单步快速化学反应(FC)、火焰面(FLM)及反应进度变量(FPV)等三种燃烧模型对径向两级反向旋流燃烧室单头部构型进行了大涡模拟。为避免模型简化误差,对燃烧室包括全部气膜冷却孔在内的精细结构进行了完全仿真。在已达到统计定常状态的冷态流场基础上首先模拟了燃料喷注和掺混过程,约2.6ms后燃料到达真实的点火位置,随后采用FPV模型在半径3mm的球形区域数值模拟了点火,展示了在主燃孔横向射流作用下初始火焰沿化学恰当比混合分数等值线传播并充满整个火焰筒的发展过程,结果显示火焰到达燃烧室出口的耗时约为6～7ms。不同模型算法预测的平均温度场与CARS测量结果作了对比,LES-FPV,RANS-FPV,LES-FLM以及参考文献中RANS-FLM计算平均误差分别为3.47%,4.17%,7.76%和11.22%,表明LES改进了模拟精度,且FPV模型显著优于FLM模型。RANS-FPV预测的出口存在严重热斑,导致其给出的出口温度分布因子(OTDF)及最大径向温度分布因子(RTDF)值分别达到0.593和0.313;LES-FPV结果均匀性最好,其预测值分别为0.284和0.193。 展开更多

关键词 航空发动机燃烧室 反向双旋流 大涡模拟 动态亚网格模型 快速化学反应模型 火焰面模型 反应进度变量模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

超声速可压缩火焰面模型的研究进展 被引量：1

11

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

同轴射流燃烧室非预混湍流燃烧流场特性大涡模拟研究 被引量：1

12

作者 周瑜 乐嘉陵 黄渊 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1514-1522,共9页

为深入研究带突扩与回流的同轴剪切射流模型燃烧室流场结构与燃烧特性,采用单步快速化学反应、火焰面与反应进度变量三种燃烧模型结合动态亚网格模型在自有CFD平台上对甲烷-空气非预混燃烧流场进行了大涡模拟。计算检验了流场时空尺度... 为深入研究带突扩与回流的同轴剪切射流模型燃烧室流场结构与燃烧特性,采用单步快速化学反应、火焰面与反应进度变量三种燃烧模型结合动态亚网格模型在自有CFD平台上对甲烷-空气非预混燃烧流场进行了大涡模拟。计算检验了流场时空尺度及网格和时间步长设置,对流场0~2s内启动并发展进入统计定常状态的非定常流动过程进行了完整模拟。燃烧室内多处监测点湍动能谱统计结果表明,轴向速度在混合剪切层内的脉动存在从约1200Hz开始的多个特征频率序列,且随着测点位置向下游移动,其对应的特征峰从高频到低频逐渐衰减消失。流向多个截面上时间平均的混合分数及温度分布结果表明,反应进度变量模型能够模拟出该流场特有的抬举火焰,与实验数据吻合程度显著优于其余两种模型,即对于该类型强剪切非预混反应流,以燃烧产物质量分数替代采用梯度粘性输运模化的混合分数耗散率进行计算更为合适。 展开更多

关键词 非预混燃烧 同轴剪切流 大涡模拟 动态亚网格模型 单步快速化学反应模型 火焰面模型 反应进度变量模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

采用基于火焰面的燃烧模型研究部分预混燃烧 被引量：5

13

作者 熊模友 乐嘉陵 +3 位作者 黄渊 宋文艳 杨顺华 郑忠华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1459-1467,共9页

考虑到火焰面模型的优点,采用基于RANS的稳态火焰面模型,稳态火焰面/反应进度变量模型和非稳态火焰面/反应进度变量模型对部分预混燃烧室进行了数值计算,并将这三种燃烧模型的计算结果和实验值进行对比研究。发现稳态和非稳态火焰面/反... 考虑到火焰面模型的优点,采用基于RANS的稳态火焰面模型,稳态火焰面/反应进度变量模型和非稳态火焰面/反应进度变量模型对部分预混燃烧室进行了数值计算,并将这三种燃烧模型的计算结果和实验值进行对比研究。发现稳态和非稳态火焰面/反应进度变量模型均成功地预测到了部分预混燃烧中的三岔火焰结构和火焰抬举现象,分析了三岔火焰的形成机理及抬举高度。文中稳态火焰面模型计算部分预混燃烧完全失效,无法捕捉到火焰抬举现象,稳态火焰面/反应进度变量方法计算的火焰抬举高度仅仅为10,基于反应进度变量为水、二氧化碳、一氧化碳和氢气的质量分数之和的非稳态火焰面/反应进度变量方法计算的火焰抬举高度仅为20,和实验值之间的误差为42.8%,而基于反应进度变量为一氧化碳和二氧化碳质量分数之和的非稳态火焰面/反应进度变量方法计算的火焰抬举高度大致32,和实验测量值35非常接近,误差仅为8%。对燃烧热力学标量温度和组分的计算,可以发现非稳态火焰面/反应进度变量方法和实验结果吻合最好,其次是稳态火焰面/反应进度变量模型,最差的是稳态火焰面模型。 展开更多

关键词 火焰面思想 反应进度变量 部分预混 燃烧模型 三岔火焰

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于火焰OH自发光技术的贫燃旋流预混燃烧吹熄机理 被引量：4

14

作者 赵晓敏 葛宏达 +2 位作者 王俊懿 徐维 周一卉 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期244-250,共7页

利用火焰OH自发光技术研究了湍流状态下贫燃旋流预混燃烧的吹熄过程,获取了不同当量比下的平均火焰图像、瞬时火焰图像、二维火焰表面密度和OH平均强度.将当量比从0.90降低至0.46,即由火焰的稳定燃烧状态转变至临界吹熄状态,火焰由中间... 利用火焰OH自发光技术研究了湍流状态下贫燃旋流预混燃烧的吹熄过程,获取了不同当量比下的平均火焰图像、瞬时火焰图像、二维火焰表面密度和OH平均强度.将当量比从0.90降低至0.46,即由火焰的稳定燃烧状态转变至临界吹熄状态,火焰由中间凹陷的紧缩形变为柱状.当量比位于0.90～0.55时,火焰表面密度下降约10%,可以认为此时火焰处于稳定燃烧状态.当量比位于0.55～0.50时,进度变量最大值从1.0变为0.5,说明火焰锋面处于强烈脉动中,且OH强度骤降约为67%.通过观察OH强度突变区域内的瞬时火焰图像,发现火焰锋面经历了脱离钝体、向燃烧室下游移动,再燃的往复过程.最后比较了不同旋流数(0.45、0.61和0.90)对于OH强度突变区间的影响,结果表明旋流数对于该区间的影响并不明显. 展开更多

关键词 OH自发光 贫燃旋流预混燃烧 火焰不稳定性 火焰表面密度 进度变量

在线阅读 下载PDF 职称材料