发射筒破损位置对燃气弹射影响机理研究

为了研究发射筒毁伤位置对燃气弹射的影响机理,基于流体力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型,有限速率/涡耗散模型和动态分层动网格技术,建立筒壁破损状态下的燃气弹射内流场模型。在验证数值模型可靠性的基础上,改变破损位置距筒底距离,仿真得到不同破损位置下的流场分布与内弹道曲线。结果表明:从流场分布来看,破损改变了筒内燃气流动形成涡的数量与大小,破损下方处于正在燃烧的高温区,上方处于还未完全燃烧的低温区;距离筒底600 mm前后流场变化明显,破损分布600 mm之后为危险位置。从内弹道角度分析,破损位置在距离筒底600 mm以内时,压力初峰峰值下降36%;当破损位置距离筒底大于800 mm时,压力初峰峰值下降55%。破损缺口使出筒速度减小20%以上,对内弹道产生不利的影响。

旋流器结构对中心分级燃烧室热态流场的影响

以装有三级斜切式径向旋流器的中心分级燃烧室为研究对象,利用数值模拟和控制变量的方法分别进行了值班级第一级旋流器斜切孔角度、值班级第二级旋流器叶片安装角和主燃级旋流器旋流孔角度对中心分级燃烧室热态流场影响的仿真和对比分析。结果表明:当值班级第一级旋流器斜切孔和值班级第二级旋流器叶片安装角角度分别为25°和30°~45°,主燃级旋流器旋流孔角度为45°~60°时,中心回流区的形状最好,中心分级燃烧室热态流场的品质最佳。

燃烧室几何形状对缸内气体流动和发动机性能的影响

本文通过对采用不同燃烧室时缸内流场的计算和分析,研究了燃烧室收口、底部凸台及燃烧室偏心对缸内流场的影响,并通过发动机试验,研究燃烧室几何形状对性能的影响。

双脉冲发动机燃烧室局部烧蚀特性分析

针对双脉冲发动机第一脉冲燃烧室内绝热层出现局部烧蚀加重现象,对203 mm和120 mm的2种双脉冲发动机内流场特性进行了仿真,分析了面积突扩在其燃烧室内形成的燃气漩涡流动及相关两相流特性,并通过经验公式计算了燃烧室对流换热分布。通过对比计算结果与实验现象,发现壁面烧蚀加重区域与燃气漩涡区位置基本重合;燃气漩涡区内的对流换热系数明显高于燃烧室其他部位,特别是再附着点附近,是造成该区域烧蚀加重的主要因素。此外在推进剂含金属添加剂时,少量较小尺寸的凝相粒子会被卷入燃气回流区,向上游壁面运动,并可能产生沉积。

一种用于二维燃烧室流场计算的非结构网格的生成方法

本文依照Ｄｅｌａｕｎａｙ 准则构造二维非结构网格，并提出了一种与之相应的基于阵面推进法的自动生成新的内部节点的方法。文中给出了利用这一方法对边界形状复杂的燃烧室流场进行网格划分时，所得的非结构网格，及网格相应的质量统计特性。从这些算例可以看出，这一方法能够较好地适应复杂的几何外形，得到分布合理。

燃烧室结构对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以一台由端面进气汽油转子发动机改装而来的预混天然气转子发动机为研究对象,在FLUENT软件的基础上通过编程实现转子发动机三维网格的偏心运动,并选择合适的湍流模型、燃烧模型以及详细的CHEMKIN化学反应机理,建立基于化学反应动力学的端面进气天然气转子发动机三维动态数值模拟模型。通过与试验数据进行对比和分析,验证模型的可靠性。在此基础上,研究燃烧室结构对端面进气天然气转子发动机的缸内流场、温度场和中间产物浓度场的影响。结果表明,当燃烧室凹坑布置于转子曲面长度方向的前端和转子曲面宽度方向的中心时,燃烧过程同时利用了燃烧室后部的滚流以及燃烧室中部高速流区对火焰的加速作用,缸内整体燃烧速率最大。同时,其缸内压力最大以及中间产物OH的生成量也最大,其压力峰值比中置凹坑燃烧室提高了19.9%,但其NO质量分数仍在0.5%以内。

蒸发混合式汽车燃油加热器燃烧室配风模拟计算及改进设计

对蒸发混合式汽车燃油加热器燃烧室配风系统的结构进行了改进研究。采用k-ε双方程模型,利用FIRE软件,对一台5 kW加热器配风系统各层进气孔的直径、数量、位置、旋向等参数对燃烧室内部流场的影响进行了模拟计算和分析,结果发现：燃烧室内中心涡和周向涡并存,后者流速慢,是形成积碳的主要区域。提出了能够扩大中心涡、减小周向涡的改进方案,试验表明,改进方案较好地解决了原加热器一级燃烧室缩口及周壁局部积碳较多的问题。

某小型发动机环形回流燃烧室流场的数值计算

采用数值模拟方法对某小型发动机回流燃烧室流场进行了计算和分析，用双方程ｋ－ε模型描述紊流特性，用二步化学反应模型模拟化学反应，并对复杂的边界条件进行了特殊处理。计算结果表明火焰筒主燃区形成了强烈的单涡回流，沿圆周方向主燃区速度场比较相似；在油雾场和速度场之间有较好的匹配，燃烧室有较好的性能。计算结果体现了回流燃烧室流场与直流燃烧室流场的较大差别。

燃烧室形状对缸内气流运动影响的数值模拟

为研究缸内气流运动规律,探索燃烧室形状对挤流的影响,在柴油机的压缩和膨胀工况下,应用STAR CD程序对不同几何形状的燃烧室内气流运动进行三维数值模拟。计算结果表明,缩口燃烧室具有较大的挤流强度,较长的涡流持续期,涡流的分布较合理,有利于混合气的形成,可加速扩散燃烧;直口燃烧室性能相对较弱;敞口燃烧室性能最弱。燃烧室的收口程度和底部凸台的形状是影响挤流的两个重要因素。燃烧室偏心造成缸内流场的不对称,影响了混合气的形成,不利于燃烧。

直喷式柴油机燃烧室形状对气流运动及其排放特性的影响

利用AVL公司的FIRE软件,对缩口直喷式柴油机燃烧室内的流场进行了模拟计算,分析了不同燃烧室形状对流场分布及对燃烧室涡流强度的影响,同时对柴油机的排放特性进行了对比试验研究。结果表明,不同燃烧室形状对气流的运动影响明显,通过合理控制燃烧室内的气流运动特性,可有效地改善CO、HC及NOx的排放特性。

不同构型固冲发动机补燃室绝热层传热烧蚀

针对固冲发动机补燃室结构,建立了不同构型条件下补燃室三维流场带化学反应流场模型与不同构型条件下补燃室内二维绝热层传热烧蚀模型.运用FLUENT软件模拟了补燃室内燃气的流动与燃烧.运用ANSYS软件对补燃室内绝热层进行了热分析数值计算,求解了绝热层的温度场.根据材料的热解温度范围,判断出材料的烧蚀分层.针对2种不同结构构型的凹坑,进行了冲压发动机地面联管试验,计算结果与试验结果基本吻合.结果表明,文中所建立的绝热层传热烧蚀计算方法可以较好地模拟出材料的传热烧蚀过程.

双锥燃烧室冷态流场的实验研究

根据五孔球形探针的测试原理,对应用于高效煤粉工业锅炉的双锥燃烧室内部冷态流场进行了测量,得出燃烧室内部流场是顺时针旋转并呈对称分布,前锥的流场分布分为3层,即边缘区、夹层区和中央区,存在回流;后锥流场随着出口锥形半径的逐渐缩小,总速度不断增大,不存在回流。同时也分析了流场分布对燃烧室燃烧性能的影响,前锥流场的布局有利于实现煤粉的着火,后锥流场影响煤粉和空气的混合流在炉膛的分布,使其既能保持足够的射程,又能防止气流冲刷壁面,避免结焦。

底排推进剂瞬态泄压工况下燃烧流场特性的数值模拟

针对底排弹出炮口泄压瞬间燃烧失稳问题,建立了AP/HTPB底排推进剂燃烧流场的二维轴对称非稳态模型,通过数值模拟获取了底排模拟装置在瞬态泄压工况下的流场特性。结果表明:在泄压过程中,燃烧室内压力、密度和温度沿轴向迅速下降,速度沿轴线迅速升高,且各流动参数的变化梯度逐渐减小;底排推进剂燃气的加入导致燃烧室内密度沿径向降低,而温度沿径向升高;燃烧室内压力随时间变化的计算值与实测值吻合较好。

圆筒式加热炉内辐射室燃烧数值模拟与分析

通过简化加热炉模型,采用非结构网格划分,选用k-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型和离散辐射传热模型,对一个燃烧室内二维射流燃烧过程进行了数值模拟。利用Fluent软件模拟了辐射室内的温度场和流场的分布以及燃烧过程中氮氧化合物的生成情况,讨论了燃烧参数对加热炉燃烧特性的影响,分析了空气流量和喷射角度系数变化时,燃烧室温度、气体流向及氮氧化合物生成的变化规律。

燃烧室热-声-固耦合数值模拟研究

为减少NO_x等污染物的排放,现代燃气轮机多采用贫油预混燃烧技术,由此产生较为突出的燃烧振荡与燃烧室结构疲劳问题。应用有限元软件建立燃烧室数值模型优化燃烧室模型网格;对比分析进气速度対数值模拟结果的影响;运用单向耦合与双向耦合方法计算分析了燃烧室热-声-耦合特性。研究表明:网格质量在一定程度上影响计算精度,进气速度对数值模拟结果影响较大;相对于声压载荷,热载荷对结构固有频率和振型影响较大,特别是在高频段;双向耦合较单向耦合数值模拟结果与实际情况更为接近。热-声-固耦合分析方法对发动机燃烧震荡机理研究及其抗热-声-固耦合疲劳设计具有应用参考价值。

高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。

燃烧室偏置对缸内流场的影响

为研究燃烧室结构对柴油机混合气形成和燃烧的影响,对某燃烧室在偏心与非偏心情况下进行了对比计算。计算结果表明,燃烧室位置对混合气有重要影响,偏心燃烧室有利于涡流的形成,涡流强度比非偏心的大,缸内混合气呈非对称分布;同时,偏心燃烧室对喷油器喷油要求加大,寻求合适的偏心率以达到缸内混合气的最佳形成和燃烧也有一定的难度。计算结果对燃烧室改进有一定指导意义。

后驻体喷孔位置对驻涡腔流动冷态数值的影响

为使采用驻涡燃烧的旋转冲压发动机的燃烧组元获得燃烧的稳定性,研究后驻体喷孔位置对驻涡腔流动冷态数值的影响.应用Fluent软件模拟驻涡燃烧室中三维冷态流场的流动特性;湍流模型采用RNG k-ε模型,近壁面处采用标准壁面函数法;设置喷射物质为理想气体;控制方程离散采用基于控制体中心的有限体积方法,选用隐式二阶迎风格式;驻涡燃烧室三维几何模型采用结构化适体网格,网格节点单元数约为600 000;求解方程组采用动量方程和能量方程进行耦合的方法,控制残差<10-4.结果表明:后驻体喷孔位置对驻涡腔的总压损失、喷射质量流率影响较小;随着喷射位置向后驻体外侧偏移,驻涡腔内的流场平均流速有所降低,形成有利于稳定火焰的流动条件.计算预测的变化趋势与实验结果相同,表明可为实际设计提供一种有效的方法.

基于图像处理技术的补燃室火焰温度场测量

为了测量补燃室火焰温度场,在直连式试车台上进行二维开窗式固体火箭冲压发动机试验,应用高速数字摄影仪对补燃室内的火焰进行拍摄。对所获得的火焰图像,根据基于彩色CCD图像的比色测温原理,求得补燃室火焰的投影温度场。结果表明这种方法简单可靠,测量精度也满足要求,可以用来对补燃室火焰温度场进行测量。

突扩燃烧室流场及温度场的数值模拟

通过建立圆管状突扩燃烧室内流动及传热的数学模型，对燃烧室内的流场及温度场进行了数值模拟，讨论和分析了突扩燃烧室内的流场与温度场的分布规律及影响因素。研究结果对突扩状燃烧器的设计具有指导意义，所建立的数学模型可作为设计中进行定量分析的有效手段。