用不同的湍流燃烧模型模拟燃烧室内气液两相燃烧

摘要

首先用目前广泛应用的涡破碎（EBU)，火焰面（LFM）和涡耗散（EDC）湍流燃烧模型对美国Sandia国家实验室测量的甲烷空气湍流射流火焰（FlameD）进行数值模拟，并将预报结果与实验数据进行对比，结果发现LFM模型的预报值与试验值最接近。原因在于LFM模型能够较好地处理气相湍流燃烧中湍流和化学反应的相互作用关系；EBU模型在大部分区域高估了湍流的作用；EDC模型在考虑化学反应方面优于EBU模型，但从计算结果看EDC模型在大部分区域也高估了湍流的作用。进一步地，用这三种模型模拟燃烧室中的气液两相湍流燃烧，采用可实现湍流模型，颗粒轨道模型，并考虑液滴的破碎和蒸发，k-ε将模拟结果与试验观察对比。结果表明EDC 模型能够较好地模拟燃烧室中的气液两相燃烧过程，而FLM模型预报的温度分布不合理。分析原因在于在本文所用的稳态FLM模型不能够合理的处理由于燃油蒸发带来的质量分数的变化。主燃区不同当量比的计算结果也表明EDC模型具有合理性：主燃区当量比为0.7时，燃油几乎全在主燃区内燃烧；当量比为1.3时，未反应完的煤油在主燃孔下游与空气继续混合燃烧，与燃烧室试验观察一致。最后讨论了喷雾张角、气体比热、燃油蒸发潜热、辐射模型的影响。