能源研究与信息
第 28 卷 第 1 期 Energy Research and Information Vol. 28 No. 1 2012
收稿日期:2012-01-06
作者简介:尹 航(1978-),男(汉),博士研究生,yinhang36@163.com
文章编号: 1008-8857(2012)01-0041-05
钝体燃烧器湍流预混燃烧流动特性的模拟
(上海理工大学 能源与动力工程学院, 上海 200093)
摘 要: 钝体燃烧器的回流区结构对燃烧具有重要影响,采用经济有效的数学模型对回流区
结构进行模拟具有理论价值和实际意义。采用 PIV 技术测量了一个典型的钝体燃烧器的热态
流场,并基于 Fluent 平台使用 3种湍流燃烧速度定义对 TFC模型进行求解,分析比较了 Zimont、
Gulder、Peters 和实验得到的流场特性。结果发现 Peters 的流动特性与实验结果最为接近,都
属于射流主导型结构,Peters 的进展变量与 Zimont 和 Gulder 有明显不同。
关键词: 钝体; 湍流预混燃烧; 湍流火焰封闭模型; 粒子图像测速技术
钝体作为稳定火焰的一种方式在冲压式发动机和喷射引擎的加力燃烧室中应用十分广
泛,常见的形式有 V 形、圆锥形、圆柱形及圆盘形等。流体绕过钝体后会形成一个回流区,
高温燃烧产物和未燃气体在回流区内进行质量和热量交换,形成一个稳定的点火源,从而稳定
火焰。钝体燃烧器回流区结构与大多实际燃烧器中的回流区相似,并且钝体结构简单,边界条
件容易确定,适合对化学反应与湍流之间相互作用进行研究,因而钝体燃烧器也具有一定的理
论价值。
葛冰等
[1]
使用 PIV 对丙烷/空气湍流扩散火焰流场及其对应的冷态流场进行了测量,发现
与冷态流场相比,燃烧状态下流场回流区中心位置升高,长度增加,最大回流速度减小,速度
场变得相对紊乱。张海军等
[2]
采用不同的湍流模型模拟了钝体燃烧器内冷态流场,并与 PIV 测
量结果进行了比较验证,发现标准 k
-
模型和 RNG k
-
模型能比较准确地模拟速度分布和涡
结构。曾东和等
[3]
分别对锥形、楔形和抛物线形钝体后的流动特性进行了数值模拟,发现锥形
钝体的中心回流区长度和中心最大回流量最大,稳燃效果最好。葛海文等
[4]
采用 PDF 方法对
矩形燃烧室内钝体后的湍流预混燃烧进行了数值模拟,发现不同的化学反应机理对火焰前锋的
位置、温度的分布有很大的影响,采用详细的化学反应机理,才能利用该方法来研究点火、熄
火和污染排放等过程,同时计算量增加。El-Asrag 和 Menon
[5]
使用大涡模拟亚格子模型对 2 个
钝体旋流非预混火焰进行了数值模拟,发现在仅使用一步化学反应机理的条件下,回流区结构、
速度以及温度的分布均与实验结果吻合较好。Oodedra 和 Malalasekera
[6]
分别使用稳态、