耦合CFD和详细化学动力学的CNG发动机工作过程多维数值模拟

通过结合计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件KIVA3V和化学动力学软件CHEMKINII,实现了耦合CFD和详细化学动力学的发动机工作过程多维数值模拟。在此基础上,对KIVA3V/CHEMKINII源程序进行了并行功能的开发,使其能在基于LINUX操作系统的大型并行计算机上运行。为了更为精确地模拟缸内的燃烧过程和监测中间组分的反应历程,耦合计算同时考虑了流动、传热及化学反应的影响,并引入了一种平衡湍流及化学动力学效应的燃烧模型。模型以天然气发动机WT615为研究对象,并对模拟结果和试验数据进行了对比。结果表明,模拟结果与试验数据有良好的一致性,模拟提供了中间组分的缸内分布信息,计算具有较高的并行效率和加速比特性。

Swiss-roll型微燃烧器的燃烧数值模拟

建立了Swiss-roll型微燃烧器的燃烧模型,采用FLUENT软件对微燃烧器中甲烷/空气的燃烧特性进行了数值模拟,研究了甲烷/氧气的当量比为1时流速不同对微燃烧器内燃烧的影响。计算结果表明,Swiss-roll型微燃烧器有利于甲烷在微燃烧室内的充分燃烧。

微燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟

建立了微燃烧室中的湍流燃烧模型,采用FLUENT软件对微燃烧室中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟,研究了甲烷/氧气的当量比为1时不同流量对微燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明,随着混合气流量的增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的质量浓度下降。

煤掺烧生物质旋流燃烧器流场的数值模拟

为探索适用于煤掺烧生物质的旋流燃烧器结构形式,采用Fluent软件对旋流燃烧器进行了冷态数值模拟,计算结果表明旋流叶片安装角度合适,旋流燃烧器中流出的气体质点既有旋转向前的趋势,又有从切向飞出的趋势,气流初期扰动非常强烈。研究发现改变燃烧室形状对燃烧室内气相速度场、颗粒轨迹以及湍流强度等特性参数都有较大影响,长方体型燃烧室对燃料和氧化剂的混合和燃烧更有利。

燃烧室结构对微燃烧器内甲烷燃烧的影响

为了合理设计微燃烧室,建立了微燃烧室内的湍流燃烧模型,采用Fluent软件对不同结构微燃烧器中甲烷/氧气的燃烧特性进行了数值模拟。甲烷/氧气的当量比为1,混合气流量为200mL/min,入口温度为300K,并比较了不同结构微燃烧室内燃烧情况的差异。计算结果表明,随着燃烧器的长度和宽度增加,燃烧室内的温度升高,甲烷的浓度下降。