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涡喷发动机NO_X浓度场数值模拟

作　者: 姚婷
导　师: 张大雷；王琦
学　校: 沈阳航空工业学院
专　业: 安全技术及工程
关键词: 涡喷发动机 NO_X浓度场燃烧室三维两相湍流燃烧数值模拟
分类号: V235
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

航空发动机的污染排放问题是发动机燃烧室设计和运行过程中必须重视的问题,随着全球气候变暖、温室效应的加剧,能源环境问题越来越引起国际社会的关注,我国对航空发动机排气污染的研究起步较晚,目前还没有适用的污染物排放控制标准,国内相关研究也比较少。本文详细论述了污染物NO_X的生成机理、影响因素及控制污染物排放的措施,模拟了航空发动机燃烧室不同进气温度与NO_X浓度场之间的联系。在整个燃烧室的数值模拟中,首先对计算域进行了合理地简化,建立了几何模型和划分网格;选用Realizable k-ε湍流方程模型模拟气体湍流流动状态,非预混燃烧模型模拟湍流扩散燃烧过程,油珠相流场采用颗粒群轨道模型,运用三维两相湍流燃烧理论进行了NO_X和CO生成的数值模拟。在其它条件不变的情况下,改变进气温度采用FLUENT6.3.26软件对发动机燃烧室的温度场、速度场和浓度场及其相关性能参数进行了计算,结果表明:计算得到的主燃烧室速度场、温度场和浓度场比较合理,进气温度直接影响NO_X的排放浓度场,为设计低污航空发动机染燃烧室提供一定的参考依据。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-17
  1.1 引言  12-13
  1.2 航空发动机的主要污染物及危害  13
  1.3 NO_X 的研究进展  13-16
  1.4 本课题研究的对象及内容  16-17
第2章燃烧室排气污染及控制  17-29
  2.1 NO_X 的生成机理  17-20
  2.2 影响NO_X 生成的因素  20-24
    2.2.1 主燃区温度与停留时间的影响  20
    2.2.2 主燃区当量比Φ的影响  20-21
    2.2.3 不完全混合的影响  21-22
    2.2.4 空气流量分配对NO_X 的影响  22
    2.2.5 燃料分配的影响  22-23
    2.2.6 旋流数的影响  23-24
  2.3 NO_X 的控制技术  24-29
    2.3.1 降低NO_X 发散量的混合技术  24-26
    2.3.2 可变几何形状旋流燃烧室  26-27
    2.3.3 分级燃烧室  27-29
第3章燃烧室燃烧模拟的基本方程及数值计算方法  29-48
  3.1 气相控制方程的通用形式  29-31
  3.2 燃烧室数学模型  31-33
    3.2.1 湍流流动的基本方程  31-33
    3.2.2 湍流数学模型  33
  3.3 燃烧模型及燃油雾化模型  33-40
    3.3.1 燃烧模型  33-37
    3.3.2 燃油雾化模型  37-40
  3.4 非正交曲线坐标系下三维两相燃烧流动基本方程  40-42
  3.5 曲线坐标系下基本方程的离散和数值解  42-44
  3.6 用控制容积法建立差分方程  44-46
  3.7 求解离散化方程  46-48
第4章燃烧室NO_X的生成模型  48-53
  4.1 NO_X 的输运方程  48
  4.2 热力型NO_X 的生成模型  48-50
    4.2.1 热力型NO_X 的生成速率  48-50
    4.2.2 氧的反应速率  50
    4.2.3 OH 的反应速率  50
  4.3 瞬发型NO_X 的生成模型  50-53
    4.3.1 瞬发型NO_X 的形成因素  51
    4.3.2 瞬发型NO_X 的生成速率  51-53
第5章计算结果和分析  53-72
  5.1 软件选择  53
  5.2 燃烧室模型的建立  53-54
  5.3 计算结果  54-70
    5.3.1 进口温度380K  54-63
    5.3.2 进口温度777K  63-70
  5.4 结果分析  70-72
结论  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文  79

涡喷发动机NO_X浓度场数值模拟

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