鱼雷热动力发动机HAP三组元反应流场数值模拟研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjq12262024
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对于鱼雷热动力系统而言,燃烧室是其中最为关键的部件。在燃烧室中将燃料的化学能通过复杂的物理化学反应转化为热能。大部分燃料在充分燃烧反应后产生的燃气温度都能达到甚至超过2500K,对于直喷式发动机这些并不是问题,但是为提高水下推进效率,绝大多数的鱼雷都是在燃烧室后接涡轮装置,通过涡轮将热能转化为机械能,然后再推动推进器进而推进鱼雷。鱼雷动力装置中涡轮能够承受的工作温度范围一般相对较低,这就使得我们必须要在燃烧室中对燃气掺水降温。鉴于以上情况,本文利用FLUENT商用软件对鱼雷热动力发动机HAP三组元反应流场展开数值模拟研究。  计算OTTO和HAP在燃烧段充分反应后的组分和热力学参数,根据发动机输出功率和受涡轮叶片所限的燃烧室燃气降温要求,对发动机燃烧室工作参数进行工程理论计算,得到理论上的反应物浓度及供应量,通过热力计算得到反应产物组分参数及能达到合理降温要求的注水量。  利用FLUENT软件对上述物理过程进行数值仿真建模,利用组分运输模型建立燃烧室内的反应与混合模型,通过DPM模型建立注水模型,以此对鱼雷燃烧室内部流场进行仿真模拟,并与工程理论计算值进行对比验证。  针对注水喷嘴喷注方式对流场的影响开展了数值模拟研究,分别研究了注水喷嘴的注入速度、雾锥角和注入水雾颗粒的平均粒径对燃烧室流场参数的影响。研究表明相同注水量前提下,注水速度的提高能提高混合效率,但需保持在一定限度内。在一定范围内,降温速度随着注水喷嘴喷雾锥角的增大先增后减。在一定范围内,改变注入水雾的平均粒径几乎不影响燃烧室的燃烧效果和混合效果。  进行了注水喷嘴位置分布对流场影响的仿真研究,研究通过改变注水喷嘴的注入的角度、注水喷嘴的组数等条件,分析其对于燃烧室降温混合的影响。研究表明,相对于冷却水垂直于壁面的喷注角度,喷嘴以斜角角度越大的角度喷入燃烧室更有利于提高燃烧效率,且可以微弱提高混合效果,但倾角过大时降温速度会显著下降。在一定范围内,喷嘴数量越多,混合效果越好,但混合速度会微弱下降,且增加了结构的复杂性。
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