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实际工程中,湍流两相流动是很普遍的现象,除各相内部的动量、热量与质量传递外,还要考虑相间的相互作用,如流体与颗粒之间的传热和传质等,因此两相流动和湍流燃烧历来是一个难以用数学手段研究的领域。直到上世纪70年代后,随着计算机大规模应用于数值计算,科学家们才对开始对两相流动过程进行数值模拟和数值分析。实际工程装置往往涉及非常复杂的几何外形,航空发动机的加力燃烧室更是如此,纯粹的平面二维或轴对称流动是极少见的,需要研究的对象往往是三维湍流两相流流场。
本文对描述两相流的两种方法及其相关模型作了较为详细的讨论,这两种方法分别是欧拉方法和拉格朗日方法,主要不同处在于对颗粒相的描述。拉格朗日方法把颗粒相当作离散点,在拉格朗日坐标系下求解颗粒相的运动轨迹和运动状态。
本文对具有复杂三维儿何结构的工程实际加力燃烧室进行了研究。加力燃烧室具有火焰稳定器、花瓣形混合器等复杂的三维几何结构,所以在求解过程中如何画出求解区域和划分网格是十分重要的问题。文章采用非结构网格技术,采用拉格朗日方法对具有花瓣形混合器,环形和径向火焰稳定器的三维涡扇加力燃烧室的冷态流场和有化学反应的燃烧流场进行了数值模拟,计算主要给出不同剖面上状态参数和速度场的分布,并研究了波瓣形混合器的混合效果和复杂火焰稳定器对流场的影响。计算结果定性合理,对加力燃烧室的设计和研究提供了的帮助。