题目：燃气涡轮发动机燃烧室辐射换热特性的数值模拟研究

辐射换热作为三种传热方式之一，在燃气轮机燃烧室的传热计算及热防护中扮演越来越重要的角色。燃烧室中的辐射换热主要是在高温气体及固体壁面之间进行，相比于固体壁面的辐射，非灰气体的辐射特性要更加复杂，因此本文主要目的是研究气体的辐射特性并发展高精度气体辐射模型来计算燃烧室中的辐射换热。

首先，从微观上研究了气体辐射谱线线型的温度特性及压力特性，指出气体辐射特性随温度变化时呈现了较强的不规律性。结合压力变化时气体辐射谱线之间的相互重叠关系，改进了逐线计算时截断波数及波数分辨率的计算公式。针对目前常用谱带模型在计算非等温气体及混合气体时存在的不足，本文发展了MSMGFSK气体辐射模型来解决关联k假设以及统计无关假设在全光谱范围内不成立的问题。该模型的主要原理是按照吸收系数随温度的变化规律对全光谱的吸收系数进行分组以保证每组吸收系数具有良好的关联k特性，同时在计算混合气体之间的谱线重叠时，引入重叠系数的概念来计算混合气体对单一气体辐射的吸收作用。进行多线组分组时，本文还考虑了压力变化对气体吸收系数温度特性的影响，从而引入了一种新的分组方法，这种分组方法带来的直接好处是一种分组方法可以适用于不同的压力工况，从而扩大了MSMGFSK辐射模型的通用性。为提高计算速度，本文还建立了两个相应的数据库MSMGFSK模型数据库以及MGNB数据库用来获取求解辐射传递方程时所需要的吸收系数、重叠系数以及拉伸函数。此外，本文还考虑了灰体壁面及炭黑粒子存在时，MSMGFSK辐射模型的计算方法，该模型的精度通过和逐线计算进行对比得到了验证。

在求解辐射传递方程时，本文采用有限体积法进行求解，有限体积法的精度通过和区域法对比进行了对比验证。最后结合MSMGFSK辐射模型以及三维有限体积法计算了燃气轮机燃烧室内的辐射换热，分析了不同压力工况条件下壁面辐射热流的变化规律及各组分辐射在壁面辐射热流中所占比例的变化规律。