湍流燃烧模拟中化学反应的加速算法研究进展

为研究湍流燃烧数值模拟中化学反应机理计算的加速方法，讨论了动态自适应化学（Dynamic Adaptive Chemistry，DAC）方法和Krylov子空间近似的指数格式的应用情况。在湍流火焰大涡模拟中，使用DAC简化可以加速化学反应计算。然而，在并行燃烧数值模拟中，处理器核心的负载极度不平衡，加速效果有限。而Krylov子空间近似的指数格式的加速效果可以作用于每个处理器核心，更有利于整体计算效率的提高。在同等精度下，相比于隐式格式耦合DAC和MTS加速方法，Krylov子空间近似的指数积分格式对化学反应计算的加速效果更为显著。     

指定流量分配系数的多回流出口边界算法

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求，同时要保证出口回流时的数值稳定性，是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法，支持不可压缩流动模拟中指定多个出口流量分配系数、出口存在回流时的稳定模拟。研究表明，在四面体/六面体网格算例中，该方法可实现出口流量分配系数在0～1.0范围内的稳定模拟，与设定值的最大相对偏差<0.001%。在保持出口流量分配系数不变时，改变计算域出口位置使得流动处于未充分发展、回流或旋流状态，计算结果不受明显影响。将该方法应用于TECFLAM旋流燃烧器冷态流场模拟中，计算域缩减至1/3后模拟仍能稳定收敛，预测值和实验数据保持较高的一致性。相比于使用常规出口边界的方法，该方法支持仿真人员根据需要设置出口流量分配系数和计算域大小，可显著减小数值计算开销。