● 摘要
强旋流和钝体绕流均可构造低速回流区以利于高速气体稳定燃烧,本文通过在钝体中心开孔通入旋流气体分别模拟研究了方柱-旋流、V型钝体-旋流的流动的旋涡脱落规律,为高速火焰稳定提供新的方法。 对于方柱这种钝体结构形式,在旋流作用下,钝体绕流涡脱规律更加复杂,涡脱由上下边界层失稳主导变为由旋流管中的旋流涡主导,并且形成的涡尺度增大,在脱落过程中会由于旋涡的破碎产生“点潭”以增强周围涡强度。同时,柱体涡和旋流涡的相互作用可以减小流动阻力,增加回流区长度和回流质量流量,从而强化传热传质,起到强化燃烧增加燃烧稳定性的效果。 对于V型钝体来讲,旋流的通入降低了流动阻力和阻力脉动值,降低了旋涡的脱落频率,增大了旋涡脱落过程中的旋涡尺度,使之可以卷吸更多的流体进入回流区,对旋涡稳定起到了十分有利的作用。在较低的质量流量下,回流区比较大,综合效果最佳;旋流管出口位置对脱落规律具有重要影响,旋流管位置不能伸到钝体以外,这会引起由于脱落的旋涡冲击旋流管增加流阻并且缩短回流区大小,增加流场的脉动性和旋涡脱落的频率,不利于旋涡的稳定和高速流体的稳定燃烧;旋流管直径对脱落规律的影响同样不可忽视,当旋流管直径增大后,流动阻力增加,脉动特性也随之增强,回流区缩短,旋涡脱落频率下降。 通过对V型钝体-强旋组合初步的热态数值研究,发现组合结构的阻力系数在热态条件下会比标准钝体略有增加,同时回流区也会有所降低,但组合燃烧方式的高温区会增大、钝体后压力恢复情况较好,对稳燃是十分有利的。
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