【摘要】：隨著計算機技術的不斷發(fā)展,航空發(fā)動機的設計越來越依賴于數(shù)值模擬,但實體建模和網格劃分以及計算模型的發(fā)展成為了制約CFD充分發(fā)揮潛力的瓶頸問題。因此,本文基于小型航空發(fā)動機燃燒室對參數(shù)化前處理方法、多孔介質模型、甩油盤模型和計算結果后處理塊進行了研究,并發(fā)展了燃燒室參數(shù)化分析系統(tǒng)。本文針對某型回流燃燒室和折流燃燒室進行了參數(shù)化前處理方法的研究。燃燒室的參數(shù)化建模利用UG/GRIP語言進行編程,采用編程模塊化和建模模塊化設計,提高了參數(shù)化建模程序的拓展性、更新能力以及通用性,并為滿足復雜構型建模的需要,提供了幾何特征的描述方法的接口程序。網格劃分方面,利用ICEM的腳本文件進行開發(fā),設計人員可通過新建、修改和編輯ICEM的腳本文件,實現(xiàn)網格快速準確的重劃分,從而實現(xiàn)自動化網格劃分。本文基于商業(yè)軟件FLUENT,利用UDF和C語言開發(fā)了適用于燃燒室的計算模型。針對帶有多斜孔發(fā)散冷卻結構的燃燒室的計算,為避免燃燒室建模復雜性、網格量大和計算機的限制等問題,引入多孔介質方法,結合多斜孔發(fā)散冷卻技術的理論基礎對Fluent中多孔介質模型進行完善。通過對三維多孔發(fā)散冷卻結構的數(shù)值計算驗證了該模型,結果表明:多孔介質模型能準確得到壁面溫度參數(shù),計算結果與未使用多孔介質模型的計算相似度較高。將甩油盤燃油出口參數(shù)與甩油盤結構參數(shù)建立聯(lián)系并模型化,開發(fā)了甩油盤霧化模型,輸出可供Fluent調用的dpm文件,避免了簡化處理中存在的問題,使得甩油盤燃油霧化效果更接近實際情況。為方便設計人員直接得到所設計燃燒室的性能參數(shù),開發(fā)了計算結果后處理模塊,將Fluent的監(jiān)視文件直接快速地轉換為燃燒室狀態(tài)參數(shù)輸出,并與試驗結果進行對比求得相對誤差。最后,在本課題組的燃燒室初步方案設計系統(tǒng)的基礎上,將參數(shù)化前處理方法、多孔介質模型、甩油盤霧化模型和計算結果后處理模塊集成形成燃燒室參數(shù)化分析系統(tǒng),并將該系統(tǒng)應用于某型回流燃燒室和某型折流燃燒室上。通過對某型回流燃燒室的應用主要驗證了本系統(tǒng)的參數(shù)化前處理方法的可靠性,統(tǒng)計結果發(fā)現(xiàn):利用本方法可減少燃燒室設計過程中建模和網格劃分的90%以上的工作量,并且實體建模和網格劃分準確合理。通過對某型折流燃燒室的應用,驗證了系統(tǒng)中多孔介質模型和甩油盤模型的準確性,驗證結果表明:多孔介質模型能較準確模擬燃燒室壁溫的分布情況,節(jié)省計算資源;甩油盤模型能準確地模擬甩油盤實際燃油噴射效果,燃油分布均勻合理,可以靈活修改燃油噴射點、出口粒徑、速度分量和燃油流量。
[Abstract]:With the development of computer technology, the design of aeroengine relies more and more on numerical simulation. However, the development of solid modeling, mesh generation and computing model has become a bottleneck problem that restricts CFD to realize its full potential. Therefore, based on the combustion chamber of small aero-engine, the parameterized pre-treatment method, porous media model, oil plate model and post-processing block are studied, and the parameterized analysis system of combustion chamber is developed. In this paper, the parameterized pretreatment method for a reflux combustion chamber and a baffle combustor is studied. The parameterized modeling of combustion chamber is programmed by UG/GRIP language, and the programming modularization and modeling modularization are adopted to improve the expansibility, updating ability and generality of the parameterized modeling program, and to meet the needs of complex configuration modeling. An interface program for describing geometric features is provided. In the aspect of grid division, the script file of ICEM is used to develop it. The designer can create, modify and edit the script file of ICEM to realize the quick and accurate repartition of grid, so as to realize the automatic grid division. In this paper, a computational model for combustion chamber is developed by using UDF and C language based on commercial software FLUENT,. Aiming at the calculation of combustor with multi-slant hole divergent cooling structure, in order to avoid the complexity of combustion chamber modeling, the large mesh and the limitation of computer, the porous media method is introduced. The porous media model in Fluent is improved based on the theory of multi-hole divergent cooling technology. The model is verified by numerical calculation of three-dimensional porous divergent cooling structure. The results show that the porous media model can accurately obtain the wall temperature parameters, and the calculation results are similar to those of the non-porous media model. By establishing and modeling the fuel outlet parameters and the structure parameters, the atomization model is developed, and the dpm file that can be called by Fluent is output, which avoids the problems existing in the simplified processing. The atomization effect of the fuel is closer to the actual situation. In order to obtain the performance parameters of the designed combustion chamber directly, the post-processing module of the calculation results is developed, and the monitoring files of the Fluent are converted directly and quickly into the output of the state parameters of the combustion chamber. The relative error is obtained by comparing with the experimental results. Finally, on the basis of the preliminary scheme design system of combustion chamber of our group, the parameterized pre-treatment method, porous media model, atomization model of oil jitter and post-processing module of calculation results are integrated to form a parameterized analysis system for combustion chamber. The system is applied to a reflux combustion chamber and a baffle combustor. The reliability of the parameterized pre-processing method of the system is mainly verified by the application of a reflux combustion chamber. The statistical results show that the workload of modeling and meshing in the design process of the combustion chamber can be reduced by more than 90% by using this method. And entity modeling and mesh generation are accurate and reasonable. The accuracy of the porous media model and the oil plate model in the system is verified by the application of a certain type of baffle combustor. The results show that the porous media model can accurately simulate the wall temperature distribution of the combustor and save the calculation resources. The model can accurately simulate the actual fuel injection effect, the fuel distribution is even and reasonable, and the fuel injection point, outlet particle size, velocity component and fuel flow rate can be flexibly modified.
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V231.2

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本文編號：2373019