内容简介
本文采用多维数值仿真模拟的方法,开展了低热值气体发动机缸内预混燃烧的涡团与火焰面相互作用以及火焰内在D-L不稳定性等的模拟研究,主要内容如下:研究了预混湍流火焰T-M-S方程的特性;采用数字滤波器的方法对T-M-S方程中的均匀湍流场项进行了构建,通过傅里叶变换以及指数时间差分四阶龙格库塔的迭代算法等对T-M-S方程进行数值求解;分析了湍流强度以及无量纲马克斯坦长度等特征参数对火焰面曲线的位置和形态随时间变化规律的影响,提出了D-L不稳定性作用下平面区和皱褶区中火焰传播速率增量的计算公式。基于AKTIM-Euler方法,建立了适用于大涡模拟的火花点火模型,实现了以燃烧反应进程变量为权重的点火能量分配方式,并可求解点火脉宽、初始火核半径等特征参数;提出了耦合多面体顶点运动与分裂重构的动网格耦合算法,将该算法与梅斯基特算法在网格拓扑结构质量与运算时间方面等进行了性能对比。开发了AKTIM-Euler点火模型、PaSR-LES湍流燃烧模型等子程序以及缸内燃烧过程模拟计算的主程序,建立了低热值气体燃料发动机流动以及燃烧的三维数值模拟的仿真平台。基于Pope准则的评判方法分析了发动机计算网格的独立性。采用低热值气体燃料预混湍流燃烧的定容弹试验和发动机缸内压力测定试验,分别对包含D-L不稳定性的PaSR-LES湍流燃烧模型与低热值气体发动机缸内燃烧过程的数值模拟仿真平台进行了验证。