基于OpenFOAM平台的钝体稳焰器尾流动力学分析

在具有高速来流的燃烧室结构中被广泛采用的钝体稳焰器主要通过尾流流场中的剪切层以及低速回流区达到稳定火焰的目的,因此有必要对尾流非稳态流场进行流体动力学分析。本文基于OpenFOAM开源计算流体力学平台对Volvo试验钝体稳焰器非稳态流场进行仿真计算,并采用Omega涡识别方法以及动力学模态分解方法对计算结果进行分析以获取流场流体动力学特性。通过与试验结果进行对比,表明采取κ-ωSST IDDES湍流模型能够获得较为详细的钝体稳焰器尾流流场结构;Omega涡识别方法能够有效识别尾流流场涡结构;采用动力学模态分解方法能够获得具有明确物理意义的流体动力学模态,对于钝体稳焰器尾流动力学研究具有重要意义。

钝体稳定火焰尾流特性的数值模拟研究

为了研究钝体火焰稳定器后方尾流的动力学特性,采用IDDES湍流模型与FGM燃烧模型相结合的方法,针对Volvo钝体稳定预混火焰试验构型的冷态与燃烧工况,进行了非定常数值模拟,对比了冷态与热态流场的差异,并分析了当量比对热态流场尾流特性的影响。将数值模拟结果与实验数据进行对比,吻合良好,说明采用的湍流与燃烧模型能够准确地描述流场特征。研究结果表明,在冷态工况的钝体尾流中,存在K⁃H与BVK两种流动不稳定性;在热态流场中,火焰锋面释热导致的气体膨胀与斜压效应削弱了钝体后方涡量的生成,对剪切层中涡结构的卷起过程起到了稳定作用;来流预混可燃气的当量比越高,尾流中BVK不稳定性受到的抑制作用就越强。