● 摘要
菊花形混合结构，能够显著提高主、次流的混合效率，其原因，一是在同样出口面积的情况下，与常规混合结构相比，菊花形混合装置的特殊结构增大了两股气流的接触面积，使得主、次流之间的黏性剪切混合增强；二是由流向涡、正交涡等引起的对流混合作用的增强。其中，菊花形混合器中形成的大尺度流向涡阵列是其具有良好混合性能的根本原因。 菊花形混合器内部气流的流动混合物理过程非常复杂，国内外用数值分析的方法来模拟求解已有近二十年的历史，而且对菊花形混合器的数值研究在近年来取得了重要进展，国内研究也正在深入。本课题的研究内容，正是围绕着对菊花形混合器的数值模拟展开。本论文的选题来源于：复杂修形菊花形混合器混合机理及优化设计研究课题。使用计算机数值模拟的方法研究不同修形方式菊花形混合器的混合性能，比较优化方案的优劣，从而为实验和下一步的理论研究提供依据，具有重要的理论价值和工程应用意义。 通过模拟一个实验算例，并对比实验结果和数值模拟的结果，选定了与实验结果最为接近的可实现的k-e模型作为本文所有算例使用的湍流模型，并验证了网格划分方法的可靠性。然后，选定某实用算例的菊花形混合器的简化模型作为比较基准的标准菊花形混合器，选定某实验工况参数为本文模型的边界条件，依次对标准菊花形混合器进行后缘切角修形的七个模型，标准菊花形混合器进行后缘凹扇修形的四个模型和标准菊花形混合器进行后缘切角-凹扇综合修形的四个模型进行了数值模拟，对流场中速度矢量分布、流向涡和正交涡的发展趋势等进行了详细的分析。同时，对于决定菊花形混合器性能的两个主要参数—热混合效率和总压恢复系数进行了详尽的研究，分析了不同修形方式对这两个参数的影响规律，对于菊花形混合器流场常用的热混合效率，根据数值计算特点，提出了新的定义方法和公式，并编制了计算程序。