● 摘要
现代空战对航空发动机加力燃烧室设计提出了新要求。用数值模拟的方法研究燃烧室燃油两相分布已广为使用,其中颗粒轨道模型应用最为广泛。除此之外,在加力状态下,由于燃烧室往往随军机做大机动飞行将受到离心力作用,其燃油两相蒸发情况与常重力情况下有很大不同,也是值得关注的重点。
本文从颗粒轨道模型出发,分析了不同条件影响因素对加力横向射流雾化分布的影响,具体为:首先,对冷态即不考虑蒸发条件下的燃油横向射流进行模拟,在下游选取两大取样面,分析两取样面沿不同坐标方向的SMD特征直径及速度分布,着重考察二次破碎模型、初始粒径、湍流度、喷嘴压力及来流速度对结果的影响,并与实验作对比;其次,对照文献中的加力热态横向射流实验,对不同高温情况下(考虑蒸发)的横向射流喷雾进行模拟;最后,对燃油两相蒸发模型进行了实验和数值模拟计算研究,其中还包括探讨了在体积力影响下的燃油蒸发状况。
通过对横向射流的模拟,得到了初始直径、气相湍流度、二次破碎模型是影响横向射流雾化模拟的重要因素,并得出了最适宜的边界条件;将冷态情况下分析总结出的边界条件设置应用到高温情况,通过与文献实验数据对比,发现有一定的差别,提出应当修正燃油蒸发模拟想法;最后,从单个燃油液滴出发,在气液两相边界给出质量与能量守恒等式来近似模拟液滴蒸发机理,通过了液滴实验验证,与各传统蒸发模型进行了分析对比,并还在此基础上应用到受离心力影响下的燃油蒸发。
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