Simulation of turbulent combustion in DLR Scramjet

Turbulent combustion in a DLR (German Aerospace Center) Scramjet engine was simulated using the newly-proposed Partially Resolved Numerical Simulation (PRNS) procedure. The PRNS procedure uses temporal filtering to define large-scale turbulence, and the model developed to account for unresolved scales is grid independent. No problem about inner commutation error and inconsistencies will arise from the PRNS, while such issues are of concern in traditional Large Eddy Simulation (LES) methods. The mean results have good agreement with the experiment data and the flow structures with small scales are well resolved.

随机场TPDF在非结构网格平台的开发及检验

为实现对燃烧室内部燃烧过程的高精度数值模拟,增强航空发动机燃烧室研究手段,采用开源的非结构网格平台Saturne,开发可以耦合详细化学反应机理,高精度解析湍流燃烧过程的概率密度函数输运方程(TPDF)湍流燃烧模型。采用随机场方法求解TPDF方程,在原有程序基础上研发了TPDF程序模块及配合的加速算法等模拟单元,发展了针对燃烧室燃烧过程模拟的软件功能。采用射流火焰Flame D和旋流火焰TECFLAM对新软件进行了测试,结果表明:模拟结果与试验数据趋势一致,精度尚可。对某型燃烧室性能模拟验证中,计算的出口温度分布与试验结果一致,平均温度误差小于3.8%,新的软件可进一步应用于燃烧室性能的研究。

带壁面射流燃烧室燃烧数值模拟

利用基于非结构化网格有限体积法对三维有壁面射流的燃烧室内两相流动和燃烧进行了数值研究.对气相流动在Euler坐标系下求解,而对液滴相则利用Lagrange方法进行追踪求解.计算区域采用四面体网格进行划分,气相流场用SIMPLEC计算方法,对液滴相采用了欧拉隐式方法.考虑了液滴相与气相的完全双向耦合作用,分别采用了Spalding液滴蒸发模型和涡破碎(EBU)燃烧模型,数值计算结果与文献中实验数据吻合较好.

多区域湍流燃烧大涡模拟

为了提高湍流大涡模拟方法在计算复杂工业燃烧设备中反应流体的效率和精度,提出了可以对结构复杂燃烧设备喷嘴内部无反应区域只求解基本流体控制方程,对喷嘴下游燃料反应区域加入燃烧模型进行分区域计算的多区域求解方法,并采用该方法和传统单区域求解方法分别对甲烷-空气预混合湍流燃烧进行大涡模拟.研究结果表明：多区域和单区域求解方法计算所得的轴向和径向时均速度、脉动速度以及OH质量分数一致;不过,多区域求解方法在计算速度上有明显优势,当CPU数量不超过64个时,计算速度可提升14.7%~20.6%;多区域和单区域方法的数值模拟结果与实验值进行了对比,三者吻合较好.

一种新的浅水方程黏性项计算格式的研究与应用

用浅水方程模拟某些紊流特性很强的流动时,紊动黏性项对数值解的稳定性和合理性至关重要。为提高浅水方程中黏性项的计算精度,首先对前人提出的两种计算格式进行精度分析,在此基础上提出了一种具有更高精度的计算格式。这种方法从有限体积法的特点出发,用单元形心的流速直接计算流速梯度,比使用奥高公式具有更高的精度。通过3个典型算例的比较,验证了该方法具有更好的数值稳定性,同时也证明了此格式能比较合理地反映平均水深流动问题中的一些紊流现象,在工程上具有较好的应用价值。

低速湍流中气动噪声预测方法

为了研究气动噪声的产生机理和传播过程,在考虑介质黏性的影响情况下,采用分解法并结合湍流模型,对低速湍流流动中气动噪声问题在时域上进行数值计算。基于非结构化同位网格和有限体积法,把可压缩N-S方程分解成不可压N-S方程、含黏性项的声扰动方程;为了考虑质点振速和声压耦合,采用SimpleC算法来同步求解不可压N-S方程和声扰动方程。进出口远场边界采用以渐近解为基础的无反射边界条件,并采用与内部区域相对应的有限体积法、时间隐式格式对其进行求解。利用所编制的程序进行层流状态下圆柱绕流气动噪声仿真验证,并与文献结果进行对比,检验本方法的正确性;并结合湍流模型将数值解法推广到湍流状态下气动噪声数值模拟中。结果表明该方法能够很好地反映流场和声场的形态,无反射边界能很好地抑制声波在边界处的反射,适合低速流气动噪声问题模拟,为实际工程中的降噪工作提供预测信息。