新型消旋波瓣混合器射流掺混机理研究

为了消除高进口预旋时波瓣混合器表面流动分离,将基准波瓣混合器侧壁直叶瓣设计成类叶型式的折转叶瓣,形成一种新型消旋波瓣混合器。研究了多种进口预旋工况下消旋波瓣性能参数、涡系发展以及射流掺混机理与基准直波瓣的异同。结果表明:新型消旋波瓣改善了进口预旋工况下波瓣吸力面压力分布;重新组织了波瓣出口截面气流周向角度的径向分布。在进口预旋超过10°以后,消旋波瓣混合器的总压损失以及波瓣式喷管的总压损失均小于基准直波瓣。消旋波瓣混合器在高进口预旋时性能优异,波瓣出口截面周向气流确实加速了下游射流掺混。

多组份混合工质掺混机理数值研究

本文采用高分辨率的数值算法，分析了热解炉内多组份湍流流场。在冷态掺混实验以前对其进行了数值模拟以指导实验，数值模拟的结果定性上得到了冷态掺混实验的证实。为研究旋焰乙炔热解炉喷油联产乙烯的化学反应机理及工程放大问题提供了依据。

速度比与进口预旋耦合作用下波瓣混合器射流掺混机理分析

为了掌握速度比和进口预旋耦合作用下波瓣下游射流掺混机理的变化规律,对4种不同进口预旋角下3种不同速度比工况进行了全3维数值模拟。结果表明:随着进口预旋角从0°增大到30°时,内外气流之间的掺混有所增强。小速度比工况和大速度比工况下总压损失系数分别增大了0.1和0.05,推力损失分别为4.6%和17.5%,因此应当综合考虑促进掺混和由此导致的总压损失和推力损失增大的效应。随着速度比的增大,流向涡强度逐渐增大,外涵流体对波瓣下游涡系发展的限制作用逐渐减弱,流向涡逐渐沿径向向外发展,更大范围的气体被卷吸参与了掺混;速度比和进口预旋的耦合作用有利于流向涡提前形成,并在波谷和中心锥之间引起泄漏旋流,加速了涡系破碎和耗散的速度;同时,速度比的增大,扩大了泄漏旋流径向范围,加强泄漏旋流同向的流向涡,有利于进一步加速射流掺混,但也使涡系间的相互作用更强烈,导致射流总压损失和推力损失增大。

波瓣混合器涡系结构及射流掺混机理的数值研究

借助流体力学软件ANSYS CFX,对波瓣混合器射流掺混流场进行了全三维定常数值模拟,研究了流场中各涡系结构的形成机理及发展过程,并详细探讨了其加速射流掺混过程的作用机制.结果表明:基于SST(shear stress transport)模型的封闭N-S方程能较好地模拟波瓣混合器射流掺混过程,波瓣特殊几何外形诱导产生的流向涡主要通过扭曲内外涵交界面的间接方式加速射流掺混过程,波瓣下游剪切层中K-H(Kelvin-Helmholtz)不稳定性发展而成的正交涡是直接加速射流掺混的关键因素,波谷附近二次流之间的相互作用所产生的通道涡对该区域内的射流掺混有明显的加速作用,受波瓣前缘切割的边界层在径向压力梯度作用下沿波瓣表面卷起而形成的马蹄涡对射流掺混的影响不是特别明显.

面积比对前可变面积涵道引射器性能影响的数值研究

为研究面积比对前可变面积涵道引射器性能及主、次流掺混机理的影响,采用三维数值模拟方法,对不同面积比下前可变面积涵道引射器的工作特性及主、次流掺混流场进行了分析。结果表明:随着面积比增加,主、次流掺混损失及摩擦损失逐渐增大,前可变面积涵道引射器总压恢复系数减小;当进口压比不变,面积比由0.40减小至0.20过程中,次流流量基本保持不变,达到扼流状态,且进口压比越大达到扼流状态时的面积比越大;不同进口压比下,面积比减小,沿顺气流方向各截面总压恢复系数减小且减小趋势逐渐平缓;在面积比减小过程中,主、次流掺混引起的流动不均匀区域减小,掺混层厚度逐渐变窄。

前可变面积涵道引射器特性的试验与数值模拟

为了研究主、次流的进口总压比及出口背压对前可变面积涵道引射器(FVABI)工作特性的影响与流动掺混机理,采用试验与三维数值模拟方法对不同进口总压比下引射器工作性能及掺混流场随背压变化规律进行了分析。结果表明:标准k-ε模型用于引射器掺混流场的模拟具有较好的准确性;进口总压比越大,引射器总压损失越大;进口总压比不变,随背压增加,引射器总压损失先减小后增加;进口总压比不变,引射器在背压变化过程中存在总压损失最小点;背压减小时,引射器存在临界工况点,且进口总压比越大达到临界工况点的背压越大,可变涵道比的范围变窄;主、次流掺混过程主要集中在沿气流方向上x/l=0.3~0.6位置之间,在黏性力作用下动量、质量充分交换,沿流向截面速度径向分布趋于均匀。