Напредак истраживања на аеродинамичким перформансама коморе за сагоревање ваздухоплова засновано на великом редулацији
Комора за сагоревање је једна од основних компоненти мотора авиона, а аеродинамички наступ коморе за сагоревање игра виталну улогу у перформансама целог мотора. Да би се упознали са све строгим техничким захтевима мотора за комору за сагоревање, режим организације за сагоревање и карактеристике протока унутар коморе за сагоревање постали су веома сложени. Процес успоравања и притиска дифузора може се суочити са одвајањем протока под снажним градијентом против неповољних притиска; проток ваздуха пролази кроз више факултету вртоглавог уређаја који је у једној руци промовише атомизацију и испаравање течног горива и формира снажно пулсирајући, нестабилну мешавину горива, а с друге стране ствара стационарно пламен у аеродинамичкој реци уграби; Вишеструки млазник главног отвора за сагоревање / мешање комуницирају са бочним протоком у пламени цеви да би формирао контра ротирајуће Вортек пар, који има важан утицај на бурну мешање. На основу протока, вишеструки физички и хемијски процеси као што су атомизација и испаравање, мешање, хемијска реакција и интеракција између турбуленције и пламена, који заједно одређују аеродинамичке карактеристике коморе за сагоревање. Високо прецизно моделирање и израчунавање ових физичких и хемијских процеса одувек су били врућа тема истраживања у земљи и иностранству.
Атомизација, испаравање, мешање и процеси сагоревања у комори за сагоревање развијају се и развијају се у бурном окружењу протока, тако да је проток основа за симулацију аеродинамичких перформанси коморе за сагоревање. Основна карактеристика турбуленције је да параметри протока показују случајну пулсацију због нелинеарног процеса конвекције. Турбуленција садржи многе вртложне структуре. Пренос различитих вартура у дужини и временским вагама су огромни и како се Реинолдсови број повећава, распони између скала нагло се повећавају. Према удела турбулентних вртлова структура које су директно решене, методе симулације турбуленције су подељене у директну нумеричку симулацију (ДНС), Реинолдс-усеред Навиер-Стокес (РАНС), велику симулацију (лес) и мешовита методе симулације. Метода РАС-а, која се широко користи у инжењерингу, решава бурна средња поља и користи модел за симулирање свих бурних информација о пулсирању. Износ израчуна је мали, али тачност је лоша. За јаке вртлоге и нестабилне процесе протока у комори за сагоревање, РАНС не може испунити захтеве рафинираног дизајна. Питсцх је истакао да је рачунарска сложеност Леса између РАНС-а и ДНС-а и тренутно се користи за бурне прорачуне сагоревања у неограниченим просторима са средњим и ниским бројевима Реинолдса. Због малог обима турбуленције у близини коморе за спајање изгарања и високим реинолдс бројем протока, количина решетки потребних за лес израчунавање једног шефа коморе сама је у стотинама милиона до милијарди. Таква висока потрошња рачунара ограничава широку употребу лес у симулацији коморе за сагоревање.
Успостављање високо прецизних модела израчуна и метода заснованих на веома великом редукцији Едди (ВЛЕС) и ХИБРИД-а Ранс-Лес метода је важан тренд у нумеричкој симулацији. ВЛЕС метода коју је развио Хан и др. Решава проблем ниске рачунарске ефикасности проузроковане филтрирањем решетка и решавањем скале који одговарају торбици у традиционалним лесима и остварује моделирање спојнице између турбуленције вишеструких карактеристика, пролазних карактеристика и резолуције револуције. , ВЛЕС прилагођава однос између турбуленције решења и моделирања модела на основу карактеристика реалне вријеме еволуције вртлог структуре, значајно смањујући рачунарске трошкове истовремено осигуравајући тачност израчуна.
Ипак, у поређењу са традиционалним лесима, теорија и карактеристике солизних средстава нису широко проучавани и коришћени. Овај рад систематски уводи теорију моделирања ВЛЕЛА и њене примене у различитим физичким сценаријима везаним за коморе за сагоревање, промовисање велике примене ВЛЕС-а у области симулације коморе за сагоревање ваздухоплова.
Велика метода симулације Едди
Утицај метода симулације турбуленције на потрошњу и моделима рачунања ресурса приказан је на слици 1. РАНС, Лес и ВЛЕС метода сви постижу симулацију протока кроз моделирање турбуленција. Треба напоменути да је папа најранија јасна дефиниција ВЛЕ-а, што се односи на "Рачунална скала решетка је превише груба, тако да је бурна кинетичка енергија директно решена мања од 80% укупне бурне кинетичке енергије". Истовремено, значење Лес дате папом [6] је "Рачунарска решетка је врло у реду тако да је бурна кинетичка енергија директно решена већа од 80% укупне бурне кинетичке енергије". Ипак, треба напоменути да је ВЛЕС уведена у овом чланку нова рачунарска метода која је преуређена и развијена на основу претходне методе. Иако су имена иста, нова ВЛЕС метода је у основи различита од ВЛЕС методе коју је дефинисала папа. Као што се може видети са цифре, традиционални модуси турбуленције су претоваривачи, Урани, хибридни раскен / лес, лес и днс у реду тачност израчуна. Према новом оквиру модела, модови турбуленције су подељени у РАНС, ВЛЕС и ДНС у редоследу тачности израчуна. То јест, ВЛЕС метода остварује уједињење вишеструких традиционалних модова турбуленције и различити модели адаптивно прелази и глатко претвори у складу са локалним карактеристикама у стварним прорачунима.
Симулација типичних физичких процеса у комори за сагоревање
Веома велика глумака с јаким протоком вртјања
Комора за сагоревање авиона мотора обично усваја облике организације протока, као што је више-фаза вртоглавица и јак вртлог. Ковитлани проток је најосновнији облик протока у комори за сагоревање. Будући да је вртлоге доминантна у правцу протока и тангенцијалним смером, бурна пулсификација вртлога има јачу анизотропију од традиционалног протока цеви, протока канала и протока канала и протока канала. Стога нумеричка симулација вртлога представља велики изазов методи симулације турбуленције. Ксиа ет ал. Користили су ВЛЕС методу за израчунавање класичног примера протока кочирања у цеви; Делленбацк и др. [14] Водили су експерименте протока на овај пример и имају детаљне експерименталне податке. Проток Реинолдс Број израчунатог примера је 1. 0 × 105 (на основу пречника кружне цеви) и вртлог је 1,23. У прорачуну се користе два скупа структурираних мрежа. Укупан број ријетких мрежа (М1) је око 900, 000 и укупан број шифрованих решетки (М2) је око 5,1 милиона. Статистички тренутак резултати добијени израчунавањем даље се упоређују са експерименталним резултатима за верификацију тачности израчуна од ВЛЕС методе.
Поређење резултата израчуна различитих метода и експерименталних резултата радијалне расподеле обилне просечне брзине и пулсирајуће брзине под различитим протоком на снажном вртовима су приказани на слици 4. На слици је хоризонталне и вертикалне координате дистанце без дистанце без димације, где је Д1 пречник улазне кружне цеви и улазне кружне цеви и УИН-а. Као што се може видети са цифре, поље протока приказује типичну рангфин-сличну вртлогу постепено прелазни на једно круто тело вртлог. Упоређивање израчуна и експерименталних резултата, може се утврдити да ВЛЕС метода има високу тачност израчуна за предвиђање ободне брзине снажног вртлог протока, што је у добром споразуму са дистрибуцијом експерименталних мерења. Традиционални начин заронита има веома велико одступање у прорачуну протока кочирања и не може правилно предвидети просторну еволуцију терена протока ковитлака и бурну пулсирање. У поређењу, ВЛЕС метода има веома високу тачност у предвиђању просечне брзине брзине, пулсирајуће брзине брзине и просторне еволуције под сложеним снажним протоком вртлог и може гарантовати високу тачност израчунавања чак и на релативно резолуцију решетке. За предвиђање обичајне просечне брзине, резултати израчуна ВЛЕС-а методе су у основи доследни у два скупа ријетких и густих резолуција мреже.
Велика едди симулација бурног сагоревања
Да би се проучила изводљивост ВЛЕС методе у предвиђању бурним проблемима сагоревања [15-16], развијено је бурно модел сагоревања на основу ВЛЕС-а метода заједно са рабљеним рабљеним маљевима за фламелет. Основна идеја је претпоставити да је бурна пламена на једном димензионалном ламинарној структури ламинарног пламена локално, а сурбулентна површина пламена је у просеку серије ламинарних површина пламена. Стога се високодимензионална компонентна простора може пресликавати на узорку ниског димензионалног протока сачињених од неколико карактеристичних променљивих (фракција мешавине, променљива напретка реакције итд.). Под условом да се разматра детаљни механизам реакције, број транспортних једначина које треба решити је значајно смањен, на тај начин значајно смањујући рачунарски трошкови.
Специфични процес имплементације је изградња табеле података о ФГМ-у на основу фракције смеше и реакционе променљиве напретка, размотрите интеракцију између бурног сагоревања под претпоставком да је метода функције густине вероватноће да интегрише табелу ламинарске податке, и на тај начин добијати турбулентну таблицу. У нумеричком прорачуну, транспортне једначине смеше, променљиве напретка реакције и одговарајуће варијанце су решене, а информације о пољу сагоревања добијају упитом бурним табелом података.
Бурбулентни модел сагоревања на основу ВЛЕС и ФГМ користи се за обављање нумеричких прорачуна на метању / ваздушном бурном млазном пламену (пламен) мерено лабораторијом Сандиа, а квантитативна поређења су направљена са експерименталним подацима мерења. Потрошни материјал сандиа Фламе Д Пример (Реинолдс број је 22400) је комплетна мешавина метана и ваздуха са омјером запремине од 1: 3, брзина уноса горива је око 49,9 м / с, а брзина буђења је око 11,4 м / с. Радно пламен је мешавина изгорених метана и ваздуха, а будни материјал је чисто ваздух. Прорачун користи структурирану мрежу, а укупан број мрежа је око 1,9 милиона.
Дистрибуција просечног масовног дела различитих компоненти дуж осе је приказана на слици 5. Хоризонталне и вертикалне координате на слици су дистанце без димензија (Д2 је пречник улазне млазне цеви) и димензионисане масовне фракције, респективно. То се може видети са цифре да је предвиђање главних компоненти процеса сагоревања од стране ВЛЕС методе углавном у добром споразуму са експерименталним резултатима. Раштркана дистрибуција температуре на различитим положајима низводно у мјесту у фракцијском простору је приказана на слици 6. То се може видети са цифре да је раштркани тренд дистрибуције који је предвидио расипни дистрибутион који је предвиђен основни дистрибуција у основи у основи у складу са експерименталним резултатима, а само израчуната температура екстремна вредност је нешто већа од експерименталне вредности. Расподјела тренутне вртложне функције контроле температуре и резолуције израчуната од стране ВЛЕС-а приказана је на слици 7, где је чврста линија узета као ЗСТ =0. 351. Може се видети са цифре да је језгра млазница показује снажну бурну пулсирање и док се поље протока развија низводно, скала вртложне структуре постепено расте. Као што се може видети са слике 7 (б) и (ц), у већини хемијских реакција функција резолуције је између {{7} и 1, што указује да локална резолуција решетке може ухватити велику турбуленцију и само симулира малу узбудљивост кроз модел. У овом тренутку, ВЛЕС се понаша као приближни режим раствора Горњег Едди Симулације. У слоју јездрже и спољне ивице пламена низводно, функција контроле резолуције је близу 1, што указује да је скраћена скала филтра за рачунарским мрежама већа од локалне скале за турбуленција. У то време, ВЛЕС се понаша као режим просјечног решења Реинолдс. Укратко, може се видети да метода ВЛЕС-а може да реализује трансформацију модова решења за више турбуленције у складу са карактеристикама у стварном времену еволуције вртлог структуре, и може тачно предвидјети нестабилни процес сагоревања у турбулентном пламену.
Велика едди симулација потпуног процеса атомизације
Већина горива која се користи у комори за сагоревање авиона мотора је течно гориво. Течно гориво улази у комору за сагоревање и подвргава се примарним процесима атомизације и секундарне атомизације. Много је потешкоћа у симулирању потпуног процеса атомизације течног горива, укључујући хватање гас-течног конфигурације тополошког интерфејса, деформације течно колони и руптура, разбијање еволуције течних трака и течних филамената у капљице и интеракција између бурног протока и капљица. Хуанг Зивеи [19] развио је комплетан модел симулације процеса атомизације на основу ВЛЕС методе заједно са методом обрачуна атомизације ВОФДПМ-а, реализујући цео процес нумеричке симулације горива од непрекидне течности на дискретне капљице.
Ново развијени модел симулације процеса атомизације коришћен је за обављање високих нумеричких прорачуна класичног поступка атомизације течности бочно протока, а детаљно упоређивање је извршено са експерименталним резултатима у отвореној литератури [2 {{{{{{{{{{{6}] и великим резултатима прорачуна симулације [21]. У примјеру израчуна, гасна фаза је ваздух са брзинама од 77,89 и 110,0 м / с, а течна фаза је течна вода са брзином од 8,6 м / с. Одговарајуће бројеве ВЕБЕР-а су 100 и 200, респективно. Да би се боље симулирао процес секундарног прекида, модел раскида доноси модел Келвин-Хелмхолтз и Раилеигх-Таилор (КХРТ).
Комплетан поступак атомизације предвиђен сливом ВЛЕ-а испод стања у Вебер броју 100. Као што се може видети са цифре, на почетној области се може видети на слици, а затим се течни колона пробија у течне колоне и течни сигнал и течни филаменти и ломи се на капљице ародимичке силе и капљице се додатно разбијају на мањи капи и капљице се додатно разбијају у мањим распакима. Брзина брзина и расподјела с радном снагом израчуната под условом под вебер бројем 100 Стање је приказано на слици 9. Као што се може видети са цифре, постоји типична зона рециркулације нискодела на ликвидној страни течне колоне. Може се наћи из тренутне расподјеле вртове да је лежаја страна течне колоне показује снажну вртфорну структуру, а снажно бурно покретање у зони са нискоеа брзине доприносе рупту лима течног колона и формирање капљица.
Однос почетног млазног пречника до минималне димензије течног млаза када течна колона почиње да се распадне под различитим вебер бројевима, приказује се на слици 10. На слици је ДИ минимална димензија протока течног млазника када се течна колона почиње раскинути и Д3 је почетни течни млаз пречник. То се може видети са цифре да су резултати израчуна средстава у добром уговору са експерименталним резултатима, који су бољи од великог израчунавања Едди симулације резултира литература [21].
Нестабилност сагоревања Веома велика глумачка симулација
Да би се испунили захтеви ниских емисија, коморе за сагоревање цивилних летелица обично су дизајниране са премиченим или делимично премијељеним мршавим сагоревањем. Међутим, сагоревање мршаво премијерно има лошу стабилност и склон је узбудљивим термоакустичким спојеним модусима сагоревања осцилације, што доводи до нестабилности сагоревања. Нестабилност сагоревања је веома деструктивна и може бити праћена проблемима попут Фласхбацк-а и чврсте деформације, што је истакнути проблем са комором за сагоревање коморе.
Нумерички прорачун нестабилности сагоревања може се поделити у две категорије: метода раздвајања и директна метода спојнице. Прогноза нестабилности сагоревања прогноза за сагоревање прогнорише метод нестабилног сагоревања и акустичних решења. Нестабилни сагоревање захтева велики број нумеричких узорака израчуна за изградњу поузданог функције пламена. Ако се користи велика метода израчунавања симулације у Еддију, потрошња рачунара је превелика. Метода израчунавања непосредне спојнице заснива се на методи компресибилног решења и директно добија резултат нестабилности сагоревања путем високо прецизног нестабилног прорачуна, односно процес израчунавања спојнице нестабилног сагоревања и акустике под одређеним радним условима завршено је одједном у једном тренутку завршено је одједном у једном тренутку.
У проучавању нумеричке симулације нестабилности сагоревања, Хуанг ет ал. [27] Развио је модел израчунавања сагоревања на основу ВЛЕС методе заједно са методом за обрачун за задебљање пламена и постигао прецизно предвиђање процеса нестабилног сагоревања под звучним поступком. Пример израчуна је тупим стационарним етилен / ваздух у потпуности премиченим пламеном који је развио Универзитет Цамбридге, са односом еквиваленције 0. 55 и Реинолдс. 55 и Реинолдс-ове резултате од око 17000. Поређењем ВЛЕС-а за израчунавање нестабилних динамичких карактеристика на Акустичком побуду, приказан је на слици 12. Током улазног поступка на акустичном узбуђењу, то се може видети са цифре. Може се видети са цифре на слици 12. године. Унутрашњи и спољни слојеви смицања и развијају се у контра-ротирајуће Вортек пар. У овом процесу, еволуција профила пламена у облику гљива и даље се развија са променом фазног угла. Резултати обрачуна ВЛЕС добро репродукују карактеристике еволуције пламена примећене у експерименту. Поређење амплитуде и разлике у фази реакције стопе отпуштавања топлоте под 160 Хз Акустично одузимање добијено различитим начинима израчуна и експериментална мерења је на слици 13. На слици К 'и К су пулсирајуће отпуштање топлоте, односно је амплита са синусоидним звуком сагоревања, а ординација слике 13 (Б) је фазна разлика између сагоревања са изгарањем сагоревања са сагоревањем, а ординација сагоревања сагоревање сагоревања сагоревања сагоревања сагорева сагоревање сагорева. Под звучним екскулацијама и сигнал за улазну брзину. Као што се може видети са цифре, тачност предвиђања ВЛЕ методе је упоредива са тачношћу велике симулације [28], а обоје су у добром споразуму са експерименталним вредностима. Иако је нестабилни заробљени метод предвиђа тренд нелинеарног одговора, израчунати квантитативни резултати увелике одступају од експерименталних вредности. За резултате разлика у фази (Слика 13 (б)), тренд разлике фазе који је предвидио СРС методом са поремећајем амплитудом је у основи у основи са експерименталним резултатима, док велики резултати Едди симулације не предвиђају горе наведени тренд.
