Numerical calculation of flow and heat transfer process in the new-type external combustion swirl-flowing hot stove

It is clarified that the important method to improve the blast temperature ofthe small and the middle blast furnaces whose production is about two-thirds of total sum of Chinafrom 1000℃ to 1250-1300℃ is to preheat both their combustion-supporting air and coal gas. The airtemperature of blast furnaces can be reached to 1250-1300℃ by burning single blast furnace coal gasif high speed burner is applied to blast furnaces and new-type external combustion swirl-flowinghot stove is used to preheat their combustion-supporting air. The computational results of the flowand heat transfer processions in the hot stove prove that the surface of the bed of the thermalstorage balls there have not eccentric flow and the flow field and temperature field distribution iseven. The computational results of the blast temperature distribution are similar to thosedetermination experiment data. The numerical results also provide references for developing anddesigning the new-type external combustion swirl-flowing hot stoves.

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。

燃烧室燃烧与排放特性试验与数值计算

为了探寻燃烧室进口空气温度、压力以及油气比对点熄火边界、温升、燃烧效率以及主要排放物摩尔分数的影响规律,对航空发动机燃烧室在多工况下的点熄火特性、出口温度分布与主要排放物摩尔分数进行了试验测试。分别采用正癸烷的简化反应机理与C12H23燃料的单步反应机理,对该燃烧室火焰筒内流场结构、温度场、中间组分与主要排放物摩尔分数分布特性进行了数值计算,并与相应试验数据进行了对比分析。结果表明:随着燃烧室进口空气温度、压力以及油气比的提高,燃烧室燃烧效率、温升、出口平均温度与NOX摩尔分数逐渐提高,而UHC与CO摩尔分数逐渐降低;与采用C12H23燃料单步反应机理相比,采用正癸烷的简化反应机理计算得到的火焰筒内流场与温度场分布更为合理,火焰筒出口温度场分布以及主要排放物摩尔分数与相应试验数据更为接近,计算精度得到较大提高。

基于模型的牵拉式对转桨扇动力特性仿真计算方法研究

以某型牵拉式对转桨扇为研究对象,建立孤立桨扇几何模型,对其进行CFD仿真计算,分别设置前后排桨叶的旋转域和远场静止域,进行网格划分后拼接为整体流场域。采用RNG湍流模型,设置滑移网格,分别对巡航、爬升、滑跑3种典型状态下的桨扇动力特性参数进行计算,对比风洞试验数据,拉力相对误差最大为6.63%。结果表明:桨扇拉力系数与功率系数随着飞行马赫数的增加而下降,并且在高进距比工况下,因马赫数上升导致的性能下降趋势愈加明显;桨扇桨叶角是最为重要的性能调节参数,相同工况下,桨叶角越大,拉力系数越大,且增大幅度在高进距比下愈加明显。

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。

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。

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。

复杂结构气体燃烧器三维流场和燃烧状况数值模拟

以美国JohnZink公司一种瓦斯燃烧器为几何原型 ,保持燃烧器和稳焰旋流器附近的三维复杂形状 ,生成了包括燃烧器和炉膛的结构化网格。以甲烷为燃料 ,采用标准的k ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型对燃烧器内的流动及燃烧状况进行了全尺寸数值模拟 ,计算了旋流器附近的复杂流场 ,预测了燃烧器流场、温度场以及各组分的分布状况。计算结果表明 ,标准的k ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型能够用于计算复杂结构内的流动和燃烧过程。

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。

大湿度燃烧计算模型及蒸汽喷注对燃烧室燃烧流场特性的影响

基于传统的气态燃烧计算模型针对大湿度燃烧室的工作特点作出修正 ,提出了适于大湿度燃烧计算的数学模型 ,然后就一个具体的注蒸汽燃烧室中的四种蒸汽喷注位置方案对燃烧室内部流场特性的影响进行了对比计算分析 。

非结构网格生成方法的改进及气膜冷却三维静子流场的求解

讨论五面体网格下 ,涡轮静子叶片含多排冷却孔时三维粘性流场雷诺平均 Navier-Stokes方程组的数值求解问题。考虑到叶片含多排冷却孔的工程背景 ,本文发展了生成五面体非结构网格的快速有效方法即仅在一个拟 S1面上生成非结构网格 ,而沿叶高方向仍采用结构网格的生成办法。文中还采用了新的网格优化措施以改善生成网格的质量。流场的计算采用了非结构网格下的高分辨率迎风格式。几个典型算例表明 :本文发展的网格生成方法快速有效 ,而且网格生成质量较高 ;发展的计算格式能够获得较为满意的三维流场数值解 ,并具有较高的激波分辨率。

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。

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。

计算流体动力学在燃料组件热工水力性能分析和格架研制中的应用

国外使用商用计算流体动力学(CFD)软件分析燃料组件中流体的三维流场和温度场,并将验证的方法用于燃料组件格架设计,获得了成功。中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环重点实验室用CFX程序对带格架棒束内流场进行了计算,解决了小尺寸复杂结构几何体的模拟,边界条件的选取和CFX计算能力的评价,然后完成了单相、空气-水两相流场和流动特性的计算分析及试验对比验证。 已完成的研究表明,尽管CFX程序目前在计算两相流动和传热方面还存在不足,但通过比较单相流场的湍流、旋涡和棒束附近流体温度分布基本可以评价格架对流体的交混性能;格架上的弹簧和刚突对于流动有相当的作用,对其进行模拟是必要的。研究还建议在使用CFD方法进行燃料组件格架热工水力分析前要先进行基准练习以保证分析结果的正确性。

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。