航空发动机两级反向旋流燃烧室燃烧流场大涡模拟研究

为深入了解真实航空发动机内燃烧流场,采用动态亚网格模型结合单步快速化学反应(FC)、火焰面(FLM)及反应进度变量(FPV)等三种燃烧模型对径向两级反向旋流燃烧室单头部构型进行了大涡模拟.为避免模型简化误差,对燃烧室包括全部气膜冷却孔在内的精细结构进行了完全仿真.在已达到统计定常状态的冷态流场基础上首先模拟了燃料喷注和掺混过程,约2.6ms后燃料到达真实的点火位置,随后采用FPV模型在半径3mm的球形区域数值模拟了点火,展示了在主燃孔横向射流作用下初始火焰沿化学恰当比混合分数等值线传播并充满整个火焰筒的发展过程,结果显示火焰到达燃烧室出口的耗时约为6~7ms.不同模型算法预测的平均温度场与CARS测量结果作了对比,LES-FPV,RANS-FPV,LES-FLM 以及参考文献中RANS-FLM 计算平均误差分别为3.47%,4.17%,7.76% 和11.22%,表明LES改进了模拟精度,且FPV模型显著优于FLM模型.RANS-FPV预测的出口存在严重热斑,导致其给出的出口温度分布因子(OTDF) 及最大径向温度分布因子(RTDF) 值分别达到0.593和0.313;LES-FPV结果均匀性最好,其预测值分别为0.284和0.193.