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燃烧科学与技术。
霓—。.一

数值模拟涡轴发动机燃烧室流场
赵坚行~ 刘垒忠
南京航空航天大学
摘要专
、
本文运用贴体坐标系统对涡轴发动机燃烧室流场进行了数值模拟采用的非正交贴体
坐标罔格来处理燃烧室的曲线壁面边界并把算法应用到曲线坐标下求解各守恒方程,
紊流粘度是用双方程模型来估算,紊沆燃烧模型采用接茼单的化学反应系统假设的
—模型,采用热流法辐射模型来估算辐射通量和燃烧室壁温及出口温度分布,计算结果令
人满意。本文提供计算方法可供新型燃烧室设计方案选择用
关键词环形燃烧室,数值模拟,贴体坐标,旋流流动燃烧





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Ⅱ. —

航空科学基金资助项目
中国、南京、邮编
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赵坚行等:数值模拟涡轴发动机燃烧室流场
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引言
对于燃烧室内流场的数值计算,通常都以直角或圆柱坐标为基础,这些坐标系统适合于研
究有规则几何形状的燃烧室。对于那些复杂的燃烧室外形,其边界一般都用台阶法加以处理,
这种近似处理方法不仅浪费了计算时间和内存,而且还带来了计算误差,此计算误差随着实际
燃烧室边界与计算边界偏离增大而加大。对于涡轴发动机直流短环燃烧室,形状复杂,如果仍
采用直角或圆柱坐标,即使加密网格也得不到满意的计算结果从而限制了数值计算在新机研
制中应用。
为此,本文采用贴体坐标网格来研究燃烧室流场,该坐标系统可以使网格线与边界相一
致。为了节省内存可采用不均匀网格,边界网格线较密,中间较疏,参数变化剧烈处也较密。由
于所有边界点可用网格点来表示不需要任何插值。贴体坐标一旦生成,偏微分方程的求解则可
以从任意形状的物理平面上转到矩形转换平面上来进行。这样一个方程简单而边界条件复杂
的计算就转变成一个方程复杂而边界条件简单的计算。本文采用了贴体坐标网格,可以较准
确、方便地求解涡轴发动机燃烧室流场,从而使数值计算在工程应用上得到进一步推广。
数学模型
环型燃烧室流场计算中所需的数学模型有紊流模型、紊流燃烧模型和辐射模型。由于本文
主要研究贴体坐标在燃烧室流场中应用,故所用的数学模型为工程问题常用的模型。
. 素流模型
紊流特性采用紊流模型来描述:
一
虽然该模型对于旋流回流流动计算结果不太理,但是它简单,计算方便、仍是目前工程上
广泛应用的模型。
. 素流燃烧模型
在实际燃烧室中紊流与燃烧相互作用,除了紊流对燃烧有影响外,还有化学动力因素对
燃烧速率的影响,因此本文采用—燃烧模型来估算化学反应速率:
一÷
一一且。· 一/
为了控制火焰扩张率,实际燃烧速率取和中绝对值较小的一个模型系数可用下
式估计:
一吣。.,
. 热辐射模型
由于燃烧室内火焰温度较高,辐射换热对火焰传热过程影响大,为了考虑热辐射对燃烧
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燃烧科学与技术第卷第期
室壁温和气流分布以及总焓变化的影响,本文采用工程常用的热流法辐射模型
未一舢~ 一一
一础一一
式中和分别为轴向和径向辐射通量,在总焓方程中