题目：气液两相绕流钝体稳燃器的数值研究

由于军用飞机在现代战争中的重要性不断提高，带有加力燃烧室的航空发动机被广泛地应用到各种军用飞机上，以提高其机动性能。如今，伴随着航空发动机核心机性能的日益提高和人类对飞行器高飞行性能永无止尽的追求，需加力燃烧室工作在更宽的范围，这对加力燃烧室火焰稳定装置提出更高的要求。火焰稳定器后的流场是一个典型的钝体绕流，流动过程比较复杂，是典型的周期性非定常流动。且实际工作中，加力燃烧中的钝体稳燃器都是典型的气液两相流动，研究气液两相绕流稳定器的后尾迹瞬态流场特征，有着重要的学术及应用方面的价值。因此本课题提出一种新的适用于气液两相钝体绕流的多尺度两相湍流模型并通过数值研究不同结构的钝体，优化出一种综合性能最优的钝体结构，即船型钝体。

首先，本文对多尺度单相模型进行钝体绕流模拟验证，对高超临界区雷诺数下非定常圆柱绕流进行了数值模拟。计算结果表明，多尺度模型在升阻力系数预测上与实验值一致，而标准k-e模型和SST k-ω模型却只能兼顾其一；在漩涡脱落特性预测上与实验值相一致，而SST k-ω模型和标准k-e模型误差分别为5.8%和37.6%；表面压力分布预测上其误差仅为3.6%，明显优于SST k-ω模型13%和标准k-e模型53.7%；在表面摩擦系数分布及分离角度方面与实验结果相吻合，且分离角度误差仅为0.78%，结果优于标准k-e模型1.04%和SST k-ω模型1.83%，充分验证了该湍流模型应用于复杂湍流模拟预报的潜力，成功将多尺度湍流模型应用至单相钝体绕流中。

其次，本文对多尺度两相湍流模型进行数学推导，并对垂直上升气液两相流横向冲刷方柱进行了数值模拟。计算结果表明，多尺度湍流模型能够对升阻特性、漩涡脱落特性、含气率分布及流场做出合理的预测，并与实验结果相吻合。且计算结果明显优于标准k-e和RNG k-e模型，充分证实所推导数学模型及标定参数的合理性。

同时，本文对气液两相耦合机理进行详细的研究，并将其应用至V型钝体稳燃器的数值研究中。通过与实验对比，证实了多尺度湍流模型模拟钝体稳燃器回流区特性的合理性，误差仅为2.33%，进一步验证了所探究气液两相耦合机理的合理性。

本文用多尺度湍流模型对气液两相绕流六个不同的钝体稳燃器进行冷态数值计算，得出船型与锥形是综合性能较优的两个钝体稳燃器结构。船型钝体比锥形钝体回流区大10.53%，其时均阻力系数比锥形的大4.776%，且脉动升力系数比锥形稳燃器小44.73%，通过全方面综合比较，船型是综合性能最优的钝体稳燃器。同时，本文研究了含液率、液滴粒径的大小及入口速度分布对钝体稳燃器稳燃性能的影响，在所研究范围内，综合回流区、阻力损失和漩涡脱落特性，最佳入口条件为：含液率为0.025、液滴直径为30μm和入口速度分布为Sin函数型，为合理选择钝体稳燃器入口条件提出了指导。

最后，本文采用欧拉-拉格朗日方法对船型和锥形稳燃器进行湍流两相燃烧模拟。计算结果表明，船型稳燃器回流区比锥形大11.1%，平均温度比锥形大7.98%，证实所提出船型稳燃器比锥形有更好的火焰稳定性和燃烧效率，为钝体稳燃器优化提供指导。