中科院力学所：航空发动机燃烧室复杂内流的高保真数值模拟

CAE仿真学社

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近日，中国科学院力学研究所吕钰副研究员及乔正博士后等人利用大涡模拟（LES）技术实现了双旋流航发燃烧器的复杂内流的高保真数值模拟，为提升航发燃烧器的燃烧效率与加速设计迭代提供了计算流体力学工具。成果发表于流体力学重要期刊《Physics of Fluids》。

航空发动机是大飞机的动力源，而燃烧器可视为发动机的心脏。在燃烧器中燃料的化学能得以释放从而转化为热能，发动机的燃烧效率与稳定性、污染物释放特性都与燃烧器的设计紧密相关。本研究预测了双旋流航发燃烧器的复杂内流，并重点评估了低网格分辨率条件下大涡模拟LES技术的预测能力，因为这与实际工业的技术应用紧密相关。为了形成具有不同耗散效应（在数值和物理两方面）的LES配置，在这项工作中考虑了多种不同黎曼通量格式与亚格子模型的数值配置组合。通过从不同配置获取的LES结果，对关键流动特性进行了定性比较，并与实验测量进行了定量评价。

图 燃烧室内的瞬时流场

研究发现，数值格式的选择在控制时均流动模式方面起着突出作用，而亚格子模型的影响主要体现在瞬态流动特性中，例如涡破裂和进动涡核。基于对误差的分析，该团队发现较低的耗散LES设定并不总是有益于提高LES的准确性，这与文献中常被接受的常规理解形成了对比。该工作得到了国家自然科学基金基础科学中心项目，中国科学院国际伙伴网络计划的资助。

图 不同LES配置下的进动涡核结构 左：AUSM+ & Vreman，右：HLLC & Vreman

来源：CAE仿真学社