雾化过程的数值模拟研究综述

雾化过程的数值模拟主要有3类方法：简单工程模型、准直接数值模拟和多尺度仿真.对这3类方法的基本思想、优缺点和研究应用等情况进行了全面的总结.雾化过程的多尺度仿真,对大块液体的运动采用准直接数值模拟的思想,对小于网格尺度的小液滴采用模型来封闭.这种方法不仅能够反映雾化过程的主要特性,而且计算量适中,已经成为雾化过程数值模拟新的研究方向.     

某涡轴发动机起动不成功分析

对某型发动机外场起动不成功试验数据进行分析,并通过燃油喷嘴低油压雾化试验及整机起动时的温度场测量验证,确认燃油喷嘴喷口积炭后,燃油喷嘴喷雾锥角减少,燃油雾化质量恶化,直接影响到发动机起动时火焰联焰的可靠性,对发动机起动性能产生较大影响.涡流器插入深度对涡流器出口喷雾的部件研究试验结果显示:插入深度对涡流器出口喷雾无影响;整机模拟外场使用结果表明:发动机在不大于30%功率的低状态长期使用,离心式燃油喷嘴容易出现积炭.      

一种强剪切空气雾化喷嘴的流场和喷雾

采用数值和实验方法对一种强剪切空气雾化喷嘴的流场和喷雾特性进行研究.采用粒子动态分析仪(PDA)实验研究了不同气液比下强剪切空气雾化喷嘴的速度场和喷雾场,并对该喷嘴的流场进行了数值计算,所得的计算结果与实验数据比较吻合.研究结果表明:强剪切空气雾化喷嘴的设计合理,两股旋流空气在喷嘴内部完成强烈的动量交换,并对燃油进行了强剪切.强剪切空气雾化喷嘴在宽调节比范围内能够完成良好的雾化,当气液比变化10倍,液雾的索太尔平均直径分布均处于20~60μm之间.随着气液比的增大,线平均索太尔平均直径逐渐减小,推导了适用于该喷嘴的索太尔平均直径计算模型,可为强剪切空气雾化喷嘴设计提供参考.      

发动机喷嘴表面化学改性抗结焦积碳

针对航空发动机喷嘴产生大量结焦积碳并影响其技术性能和使用寿命的问题,采用化学强氧化-阴极还原法,在航空发动机喷嘴材料表面制备了稳定的富铬氧化层.利用扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪对样品表面表征,开展静态结焦质量评定和动态航空发动机台架燃烧实验,探讨化学改性抑制结焦积碳的机制.结果表明,材料表面平整,氧化膜颗粒排列堆积紧密;喷嘴材料的抗结焦性能与其表面成分和界面张力密切相关;静态抑制结焦率最大约12.5%,动态燃烧实验效果更显著.     

多级旋流空气雾化喷嘴高空气动雾化场的数值研究

为有效拓宽采用预膜式空气雾化喷嘴的多旋流分级燃烧室的稳定工作边界,在模型燃烧室上开展了高原及高空工况下气动雾化场的数值研究,采用经过实验验证的数值模拟方法获取了多旋流分级燃烧室的高空气动场和雾化场,分析了低温、低压进口条件对燃烧室流场结构和雾化质量的影响。结果表明:低温及低压进口工况对中心回流区的结构及尺度、速度分布影响较小,但低温会削弱旋流器出口湍动能强度,低压会显著降低旋流空气切向剪切力。相同旋流器压降下,低温、低压条件会造成气液比和韦伯数的降低,导致雾化粒径增大,液滴群轴向穿透深度增加。相关研究结论能够解释该类燃烧室高空点火困难的影响机制。      

内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模

获取喷嘴出口喷雾的水滴尺寸分布(DSD)和水滴平均直径(MVD)对地面结冰实验设施云雾参数计算与调试至关重要。采用相位多普勒干涉仪对内混式空气助力喷嘴开展了喷雾实验研究;采用最小二乘法确定了DSD经验函数参数,建立了喷嘴出口喷雾的DSD模型,探究了喷嘴动力参数(NDPs)对DSD的影响;校验了Wigg MVD估算公式及其修正形式,分析其在具体工程应用中的局限性,提出了基于NDPs的MVD估算公式。研究发现:修正Rosin-Rammler分布函数与实验数据更为吻合,可作为描述喷嘴出口喷雾DSD的模型;NDPs对DSD有明显影响,且气压的影响更为显著;基于NDPs的MVD估算公式能提供精度可接受的MVD预估值,且比Wigg MVD估算公式及其修正形式更易于工程应用。     

单凹腔驻涡燃烧室值班油气匹配研究

为开展单凹腔驻涡燃烧室值班油气匹配思路研究,采用试验研究方法,在燃烧室进口压力、温度以及马赫数分别为0.101MPa、487 K、0.25,燃料为航空煤油的条件下开展试验。试验中主要研究了4种不同总油气比FAR =0.0093、0.0124、0.0155、0.0186,以及对应相同总油气比下不同凹腔油气匹配思路。即通过更改凹腔进气结构,在总油气比一定的情况下,调节凹腔当量比Φca。研究结果表明：凹腔内的油气匹配对燃烧效率影响显著。当总油气比小于0.0155时,不同凹腔当量比的燃烧效率均随总油气比增加而增加;总油气比大于0.0155后,不同凹腔当量比的燃烧效率随油气比的变化规律有所差异,当凹腔富油时,燃烧效率减少;当凹腔由贫转富时,燃烧效率缓慢上升;进一步研究发现,凹腔当量比小于1.4时,不同当量比的燃烧效率随总油气比增加均有所增长,在凹腔当量比大于1.4后,效率有下降的趋势。因此,在总油气比相同,仅凹腔供油的工作状态,凹腔局部富油时的燃烧效率高于当量比为1时的燃烧效率。凹腔当量比1.4为仅凹腔供油燃烧的最佳当量比。     

三旋流燃烧室燃烧特性试验

针对舰船用燃气轮机低污染排放要求,试验研究了一种三旋流贫预混燃烧室燃烧性能。结果表明:三旋流燃烧室内、中旋流角决定了点火成功与否,而外旋流角仅对点火、熄火极限有影响。采用内、中、外旋流角依次增加10°,旋流数依次增加33.3%、25.0%的组合方式有较好的点火、熄火性能;贫油点火油气比最低为0.05236,高于非预混燃烧室的一般标准,熄火油气比最低为0.00478,低于一般要求;燃烧室出口温度分布系数为0.2279,完全满足设计要求; NOx排放指数为2.62g/kg,低污染优势明显。CO排放指数较高,为35.4g/kg,导致燃烧效率略低,仅为0.9847。      

基于CFD分析的二冲程发动机直喷燃烧室方案设计

采用三维实体建模软件UG对此二冲程发动机的燃烧室进行直喷化设计,并利用三维CFD仿真软件Fluent对直喷燃烧室的缸内流场进行CFD仿真与分析.分析结果显示:当燃烧室高度从32mm降为24mm,以及活塞顶面与缸盖底面距离从7mm降为3mm时,压缩过程中的反滚流结构消失,扫气效率从87%升高到91%.模拟结果为进一步优化燃烧室结构提供了较好依据.