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液雾湍流燃烧普遍存在于内燃机、航空发动机、液体火箭发动机、燃油锅炉等热能转换装置与推进系统燃烧室中。湍流混合、油滴蒸发/燃烧、化学反应机理和壁面效应是液雾湍流燃烧的前沿研究热点。其中,油滴(群)蒸发/燃烧和湍流之间存在着强烈的相互作用关系。目前的液雾燃烧模型都是建立在单油滴燃烧基础上,存在一定的弊端,液雾燃烧的某些特性不能很好的表现出来。 本论文针对上面提到的这一问题,通过用大涡模拟的方法来研究油滴群模型机理,本论文选用不同的来流速度、环境温度、数密度对不同油滴群的模型进行数值模拟,当数值模拟达到稳定后对不同油滴群模型的湍动能、油滴表面平均蒸发率、阻力特性进行统计分析并与冷态颗粒、单油滴模型进行比较分析。选择乙醇作为本次研究的油滴燃料。模拟出了火焰的三种瞬时模态,与周提出的三种火焰模态相吻合,该模拟真实有效。使用Matlab随机生成不同尺寸、位置信息的油滴群,采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟,分析了不同来流速度、环境温度下不同颗粒数密度油滴群的燃烧特性及燃烧模态,统计出油滴的平均阻力特性、蒸发率以及气体湍流变动,并与冷态颗粒和单油滴的情况作比较。 研究表明,油滴群燃烧模态下由于离散油滴的表面蒸发/燃烧,所受平均阻力对环境温度的敏感性更大,随着环境温度的增大而增大;因为燃烧着的油滴受到斯蒂芬流的影响,所以其受到的阻力比不燃烧的情况下要小;来流速度越大,阻力系数越小;油滴附近的气相湍流变动随环境温度增大而加剧,随颗粒数密度增加而减小;在油滴群燃烧特性下,蒸发率随环境温度的升高而增大,随数密度的增加而减小,随来流速度的增加而增大。在强对流环境中,油滴群的平均油滴直径为53.3um,随着环境温度的增大,油滴群的平均蒸发率增大;来流速度存在一个峰值,和环境温度相关。油滴群的平均蒸发率随着来流速度的增大而减小,强对流环境对油滴群蒸发率的影响与单油滴的蒸发率不同,这是由于群内油滴之间强烈的相互作用导致。蒸发率与数密度有直接关联,而冷态颗粒和单油滴没有考虑这一点。燃烧情况下颗粒群表面蒸发率和颗粒直径没有关联。因此,目前的液雾湍流燃烧模拟中常采用的直接从单油滴出发的各子模型均需进一步改进。