PDF《飞机发动机尾流流场数值模拟与红外特性计算》

4 ) 其中, k e f f为有效热传导系数;

J j是组分 J 的扩散通 量, 方程右边三项分别为导热项、 组分扩散项和粘性 耗散项, S h 是包括化学反应热和其他体积热源的 源项. 总能量: E =h- p ρ + u

2 i

2 气体焓: h=∑ j m j h j

3

2 尾焰流场湍流模型 发动机燃气射流的流动属于高雷诺数可压缩流 动, 在发动机内流场和尾流场中, 其流动具有很强的 湍流特性, 对尾焰流场的湍流流动数值模拟十分必 要[

6 ] .F l u e n t

6

3

2 6软件包含丰富的湍流模型如 S p a l a r t - A l l m a r a s 模型、 S S Tk-ω模型, L E S 大涡模 拟等, 对于尾焰流场流动问题, 近年来在工程应用中 k-ε模型和 k-ω模型是目前应用最多的湍流模 型, 标准 k-ε模型通过 k 和 ε的解计算湍流粘度, 最终基于 B o u s s i n e s q假设得到雷诺应力的解, 适用 于尾迹流动计算[

2 ] , 本文即采用了标准 k-ε 模型. 标准 k-ε模型需要求解湍动能 k及其耗散率 ε 方程: ρ D k D t = x i μ+ μ t σ ( ) k k x [ ] i +G k +G b -ρ ε-Y M (

5 ) ρ D ε D t = x i μ+ μ t σ ( ) k ε x [ ] i +C

1 ε ε k G k +G

3 ε G ( ) b - C

2 ε ρ ε

2 k (

6 ) 上式[

7 ] 中, G k表示由于平均速度梯度引起的湍动能 产生;

G b是用于浮力影响引起的湍动能产生;

Y M 是 可压缩湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响, 湍流粘 性系数 μ t =ρ C μ k

2 ε .

3

3 尾焰流场组分模型 F l u e n t

6

3

2 6软件中组分模型共有 5种除组分 输运模型( S p e c i e sT r a n s p o r t ) 外都是燃烧方程.在 前面简化假设的基础上, 本文不考虑化学反应过程, 认为发动机内燃烧完全, 只进行气体不同组分在流 场中的浓度扩散, 因此在 F l u e n t 模拟中采用组分输 运模型进行计算.

4 喷管尾焰流场模拟 数值求解上, 基于 F l u e n t

6

3

2 6软件采用二阶 迎风格式对上述连续方程量方程和能量方程进行耦 合隐 式求解, 采用Couple隐 式算法, 收敛精度为10-4.设置飞机飞行高度为 3k m , 飞行马赫数为

1

5 马赫, 发动机为非加力状态.喷管入口压力为

0

1 6 M P a , 总温

8 0 0K , 压力出口边界条件为温度

2 8 0K , 总压

7 1k P a , 壁面设置为无滑移固壁边界条件, 流固 耦合面, 不考虑壁面间的辐射传热[

5 ] . 基于假设喷管内气体为完全燃烧燃气入口主要 成分 为N2质 量百分比0706,CO2质 量百分比0209,H2O质量百分比

0

0 8

5 , 外场边界成分为空 气中的 N

2 和O2.在Fluent6326软件中对上述工况下的离散 方程进行超过

2 0 0次迭代计算满足收敛精度.得 到喷管尾焰的温度场, 压力场及浓度场分布如图 3~ 5所示. 图3残差曲线变化情况 F i g 3R e s i d u a l c u r v e c h a n g e s 图4尾焰静温度分布图 F i g 4S t a t i c T e m p e r a t u r e D i s t r i b u t i o no f P l u m e

2 8

3 1 激光与红外第47卷 图5尾焰静压力分布图 F i g 5S t a t i c P r e s s u r eD i s t r i b u t i o no f P l u m e

5 尾焰气体辐射参数及传输方程 尾焰辐射参数主要包括气体辐射参数和粒子辐 射参数的计算, 粒子辐射参数计算主要基于 M i e 理论, 气体辐射参数的计算主要有三种方法, 逐线计算 法、 谱带模型法、 K- 分布法.高精度的辐射传输计 算需获得气体分子单根谱线的基本参数, 可参考高 分辨率气体分子高温谱线参数建立的数据库 H I T R A N和HITEMP[8].对于吸收、 发散.散射性介质, 在位置 r 处沿方 向s→........