文章摘要:航空发动机燃烧室几何结构复杂,高几何保真的燃烧仿真是数值模拟研究的重点之一。在多湍流燃烧的模拟软件中,Code_Saturne为开源程序,采用非结构网格,易于实现真实几何结构燃烧室的数值模拟,是未来研究的重点程序之一。其框架结构清晰完整,利于研究者根据自身需求添加特定的物理模型。然而,当前基于Code_Saturne程序的应用与开发较少,为进一步开发Code_Saturne,首先对其4.0.2版本进行详细解读,包括程序的总体框架、湍流燃烧的相关模块及功能,后在此基础上,构建了代数二阶矩（ASOM）湍流燃烧模型。采用非预混射流火焰Sandia Flame D算例测试重构后的程序,同时模拟了清华的模型旋流燃烧室算例,两者均基于6)-湍流模型、甲烷燃烧的单步化学反应机理,并将模拟结果与实验数据进行比较分析。结果表明单步机理的ASOM模型可正确预测非预混射流、旋流火焰的燃烧过程及理论燃烧温度。尽管单步甲烷机理强化了燃烧剧烈区的化学反应,造成Flame D射流火焰中部的高温区较实际过宽、温度过高,旋流燃烧室流向中部位置温度偏高,但从整体流场看可得到稳定的、符合物理情况的结果,并与实验值对比良好,从而验证了基于Code_Saturne平台的代数二阶矩模型的准确性,在以后的研究中结合多步燃烧反应机理以细化燃烧过程、大涡模拟以捕捉流动细节,将会成为湍流燃烧发展的有力工具,具有良好的发展前景。

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论文DOI:10.26914/c.cnkihy.2022.000035

论文分类号:V231.2