预混湍流燃烧大涡模拟.doc

预混湍流燃烧大涡模拟燃烧是人类最古老的技术;它已被用于一百多万年。目前,我们全球约90%的能源支持都是由燃烧提供的,成为了人类及其重要且非常依赖的一部分;燃烧能造福人类,同时燃烧在某种场合会产生污染。工程实际中大量存在,无论是气体、固体还是液体,燃烧过程中,燃烧产物中或多或少会产生比如一氧化碳、氮氧化物等污染物。湍流燃烧现象常出现在多个领域,比如航空航天、能源等,燃烧的加入使得湍流的流场更为复杂。预混燃烧可以降低一氧化碳和氮氧化物等污染物的排放,与传统的燃烧相比,预混燃烧有更为好的前景。本文以某航空发动机燃烧室建立三维模型,主要研究燃烧室内预混燃烧的燃烧效率以及污染物排放问题。模拟软件采用开源软件OpenFOAM软件,采用大涡模拟（LES）的数值方法,用控制变量法,首先在湍流强度以及入口速度等条件不变的情况下,通过分析三种不同的当量比,得出燃烧室内的温度场、压力场、以及污染物排放量的变化规律。其次,通过改变燃烧室的总长,分析燃烧室的尺寸对于污染物排放的影响。最后对燃烧室中心用EMD分解的方法进行分析,得到了流向速度和垂向速度的各阶模态的情况,并进行比较。得到了以下结论:（1）燃烧室的压力与化学反应以及燃烧室的温度有直接的联系,随着当量比的增加,燃烧室内的温度也会随之升高,与此同时,压力也随之增大,这是由于混合气进入主燃区发生化学反应,导致温度升高,气团迅速膨胀,使得燃烧室压力增大。（2）当量比对污染物排放的影响:提高当量比后,燃烧更加猛烈,火焰外部的湍流脉动更为明显,使燃烧室内各组分混合更加充分。通过对比了不同当量比情况下二氧化碳浓度可知,随着当量比的升高,二氧化碳的浓度随之升高,可以适当减小预混燃料的当量比,来缓解对环境的污染。（3）比较燃烧室的总长对污染物排放的影响,发现燃烧室长度不宜过长,通过比较总长分别为为0.6m、0.8m、1.0m的燃烧室,可以发现,总长为0.6m的燃烧室排放的污染物CO₂较少。（4）对燃烧室中心点进行EMD分解,可以发现:时间尺度随着模态增加而增加,则流向速度的脉动是增大的,同时发现在该点流向速度随着时间序列经过EMD分解后各阶模态的局部间歇性是增强的。并且从Hilbert谱图中可以发现频率主要集中在低频部分,Hilbert边际谱比Fourier能谱更加真实地反应湍流燃烧中频率和能量之间的关系。