超音速流動(dòng)與燃燒的大渦模擬基礎(chǔ)

1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室流動(dòng)與燃燒的大渦模擬方法流動(dòng)與燃燒的大渦模擬方法探討與展望探討與展望 n匯報(bào)人：張宏達(dá)匯報(bào)人：張宏達(dá)n院系：熱科學(xué)和能源工程系院系：熱科學(xué)和能源工程系總結(jié)與展望總結(jié)與展望第四部分第四部分超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究概述第一部分第一部分匯報(bào)提綱匯報(bào)提綱超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分在在5050年前，人們意識(shí)到高超聲速技術(shù)在軍事年前，人們意識(shí)到高超聲速技術(shù)在軍事和空間技術(shù)上的應(yīng)用價(jià)值，便

2、廣泛開(kāi)展了關(guān)于高和空間技術(shù)上的應(yīng)用價(jià)值，便廣泛開(kāi)展了關(guān)于高超聲速技術(shù)的研究，隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲速技術(shù)的研究，隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，世界各國(guó)在高超聲速技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。高世界各國(guó)在高超聲速技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。高超聲速技術(shù)主要指研制高超聲速（超聲速技術(shù)主要指研制高超聲速（Ma5Ma5）飛行器）飛行器所需要的相關(guān)技術(shù)。吸氣式高超聲速飛行器無(wú)需所需要的相關(guān)技術(shù)。吸氣式高超聲速飛行器無(wú)需自帶氧化劑，有效載荷大，飛行成本低，可控性自帶氧化劑，有效載荷大，飛行成本低，可控性強(qiáng)，安全性高并可以長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)使用，將對(duì)未來(lái)強(qiáng)，安全性高并可以長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)使用，將對(duì)未來(lái)的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)和軍事攻防對(duì)抗體

3、系提供了的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)和軍事攻防對(duì)抗體系提供了非常有價(jià)值的新能力。因此目前人們更為關(guān)注的非常有價(jià)值的新能力。因此目前人們更為關(guān)注的是是吸氣式高超聲速飛行器吸氣式高超聲速飛行器相關(guān)技術(shù)。相關(guān)技術(shù)。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分在吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的技術(shù)就在吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的技術(shù)就是是吸氣式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。吸氣式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。吸氣式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)一般由進(jìn)氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管一般由進(jìn)氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管組成。在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)各部件中，組成。在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)各部件中，燃燒室燃燒室是是能量轉(zhuǎn)換的主要部件，燃燒室性能對(duì)發(fā)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換的

4、主要部件，燃燒室性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)研制的成敗起先決作用。機(jī)研制的成敗起先決作用。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分由于氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的駐留時(shí)間較短，由于氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的駐留時(shí)間較短，因此如何因此如何使使燃料的化學(xué)能在有限的時(shí)間和空間內(nèi)燃料的化學(xué)能在有限的時(shí)間和空間內(nèi)最大限度的轉(zhuǎn)化為熱能是最大限度的轉(zhuǎn)化為熱能是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)研究中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。通常情況下，采用支板。通常情況下，采用支板構(gòu)型、后掠斜坡及旋流噴嘴等措施，在燃燒室的構(gòu)型、后掠斜坡及旋流噴嘴等措施，在燃燒室的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生旋渦，形成回流區(qū)，增加了

5、燃料局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生旋渦，形成回流區(qū)，增加了燃料的摻混及混合氣體的停留時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間，提高的摻混及混合氣體的停留時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間，提高燃燒效率，并縮短了燃燒區(qū)的長(zhǎng)度。燃燒效率，并縮短了燃燒區(qū)的長(zhǎng)度。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)氣體仍為超聲速，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)氣體仍為超聲速，燃燒室內(nèi)能否實(shí)現(xiàn)成功點(diǎn)火與火焰穩(wěn)定是影響整燃燒室內(nèi)能否實(shí)現(xiàn)成功點(diǎn)火與火焰穩(wěn)定是影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的關(guān)鍵因素。個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的關(guān)鍵因素。一般來(lái)說(shuō)，火焰一般來(lái)說(shuō)，火焰穩(wěn)定穩(wěn)定可以通過(guò)增大火焰?zhèn)?/p>

6、播速度和減少氣流速度兩種可以通過(guò)增大火焰?zhèn)鞑ニ俣群蜏p少氣流速度兩種方法實(shí)現(xiàn)。但考慮實(shí)際可操作性，一般采用后者。方法實(shí)現(xiàn)。但考慮實(shí)際可操作性，一般采用后者。通過(guò)障礙物在流場(chǎng)中形成回流區(qū)是常用的火焰穩(wěn)通過(guò)障礙物在流場(chǎng)中形成回流區(qū)是常用的火焰穩(wěn)定方法。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的火焰穩(wěn)定器包定方法。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的火焰穩(wěn)定器包括：壁面燃料橫向噴射、支板、后向臺(tái)階和凹腔括：壁面燃料橫向噴射、支板、后向臺(tái)階和凹腔火焰穩(wěn)定器等。火焰穩(wěn)定器等。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分壁面橫向噴射壁面橫向噴射：橫向射橫向射流會(huì)使噴孔附件邊界層分離，流會(huì)使噴孔附件邊界層分離，在噴

7、孔上下游均形成回流區(qū)，在噴孔上下游均形成回流區(qū)，部分燃料被卷入回流區(qū)，與部分燃料被卷入回流區(qū)，與回流區(qū)內(nèi)空氣混合、燃燒，回流區(qū)內(nèi)空氣混合、燃燒，達(dá)到穩(wěn)定火焰作用；另一方達(dá)到穩(wěn)定火焰作用；另一方面，由于燃燒室內(nèi)氣流是超面，由于燃燒室內(nèi)氣流是超音速，噴流會(huì)在主流區(qū)形成音速，噴流會(huì)在主流區(qū)形成弓形激波，也具有一定的穩(wěn)弓形激波，也具有一定的穩(wěn)定火焰能力。但是這種穩(wěn)定定火焰能力。但是這種穩(wěn)定方式穩(wěn)焰范圍小，且會(huì)在燃方式穩(wěn)焰范圍小，且會(huì)在燃燒室內(nèi)造成過(guò)高的總壓損失，燒室內(nèi)造成過(guò)高的總壓損失，一般無(wú)法單獨(dú)使用。一般無(wú)法單獨(dú)使用。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分支板支板

8、：具有燃料噴注和火焰穩(wěn)定的作用，還具有燃料噴注和火焰穩(wěn)定的作用，還能起到氣流壓縮作用，主流區(qū)域支板后部形成典能起到氣流壓縮作用，主流區(qū)域支板后部形成典型的低速回流區(qū)，燃料與空氣在回流區(qū)內(nèi)進(jìn)行混型的低速回流區(qū)，燃料與空氣在回流區(qū)內(nèi)進(jìn)行混合、燃燒，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定火焰的目的；另一方面，支合、燃燒，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定火焰的目的；另一方面，支板后方形成的高湍流度尾跡有助于提高火焰的傳板后方形成的高湍流度尾跡有助于提高火焰的傳播速度。支板的最大不足是直接置于高速氣流中，播速度。支板的最大不足是直接置于高速氣流中，燃燒室內(nèi)氣流總溫較高，支板的熱防護(hù)問(wèn)題是影燃燒室內(nèi)氣流總溫較高，支板的熱防護(hù)問(wèn)題是影響支板應(yīng)用的主要因素。響支

9、板應(yīng)用的主要因素。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分后向臺(tái)階后向臺(tái)階：使用：使用最多的一種火焰穩(wěn)定器，它最多的一種火焰穩(wěn)定器，它形成的回流區(qū)較大，因而火焰穩(wěn)定范圍也比較寬形成的回流區(qū)較大，因而火焰穩(wěn)定范圍也比較寬。凹腔火焰穩(wěn)定器凹腔火焰穩(wěn)定器：新型超聲速火焰穩(wěn)定技術(shù)新型超聲速火焰穩(wěn)定技術(shù)，一般根據(jù)長(zhǎng)深比不同，將凹腔火焰穩(wěn)定器分為，一般根據(jù)長(zhǎng)深比不同，將凹腔火焰穩(wěn)定器分為閉式凹腔（閉式凹腔（L/D10L/D10）和開(kāi)式凹腔（）和開(kāi)式凹腔（L/D10L/D10），閉），閉式凹腔剪切層偏向于凹腔內(nèi)部，極限條件下與凹式凹腔剪切層偏向于凹腔內(nèi)部，極限條件下與凹腔底壁

10、再附，內(nèi)陷的剪切層將凹腔內(nèi)流體分為前腔底壁再附，內(nèi)陷的剪切層將凹腔內(nèi)流體分為前后兩部分，并形成兩個(gè)回流區(qū)，開(kāi)式凹腔剛好相后兩部分，并形成兩個(gè)回流區(qū)，開(kāi)式凹腔剛好相反，形成一個(gè)大的回流區(qū)。反，形成一個(gè)大的回流區(qū)。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分?jǐn)?shù)值計(jì)算是湍流研究和預(yù)測(cè)的主要手段，目數(shù)值計(jì)算是湍流研究和預(yù)測(cè)的主要手段，目前常用的湍流計(jì)算方法可以分為兩類，一類是基前常用的湍流計(jì)算方法可以分為兩類，一類是基于于reynoldsreynolds平均的平均的N-SN-S方程的湍流模式理論方程的湍

11、流模式理論（RANSRANS），另一類是湍流的高級(jí)數(shù)值模擬，包括），另一類是湍流的高級(jí)數(shù)值模擬，包括大渦模擬（大渦模擬（LESLES）和直接數(shù)值模擬（）和直接數(shù)值模擬（DNSDNS）。）。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分RANSRANS：不管哪類具體的雷諾平均方法，平均：不管哪類具體的雷諾平均方法，平均的結(jié)果都是將脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)空變化的細(xì)節(jié)一概抹平，的結(jié)果都是將脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)空變化的細(xì)節(jié)一概抹平，丟失了包含在脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的大量有重要意義的信丟失了包含在脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)中的大量有重要意義的信息。息。DNSDNS：直接求解：直接求解N-SN-S方程，理論上這種方法是方程，理論

12、上這種方法是最精確的，但是最大的困難在于：湍流脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)最精確的，但是最大的困難在于：湍流脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)中包含著大小不同尺度的渦，其最大尺度中包含著大小不同尺度的渦，其最大尺度L L可與平可與平均運(yùn)動(dòng)的特征長(zhǎng)度相比，而最小尺度取決于粘性均運(yùn)動(dòng)的特征長(zhǎng)度相比，而最小尺度取決于粘性耗散速度，在湍流統(tǒng)計(jì)理論中證明了大小尺度比耗散速度，在湍流統(tǒng)計(jì)理論中證明了大小尺度比值與雷諾數(shù)的關(guān)系：值與雷諾數(shù)的關(guān)系：超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分3 4LLR為了模擬湍流運(yùn)動(dòng)，計(jì)算網(wǎng)格的尺度應(yīng)大到為了模擬湍流運(yùn)動(dòng)，計(jì)算網(wǎng)格的尺度應(yīng)大到足以包含最大尺度的渦，應(yīng)小到足以分辨最小渦足以包含

13、最大尺度的渦，應(yīng)小到足以分辨最小渦的運(yùn)動(dòng)，假設(shè)為二維網(wǎng)格，整個(gè)計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)，假設(shè)為二維網(wǎng)格，整個(gè)計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格點(diǎn)總數(shù)應(yīng)不少于：點(diǎn)總數(shù)應(yīng)不少于：計(jì)算要模擬的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)大于大渦的時(shí)間尺計(jì)算要模擬的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)大于大渦的時(shí)間尺度度 ，而計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)小于小渦的時(shí)間尺度，而計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)小于小渦的時(shí)間尺度 ，因此所需要的時(shí)間步數(shù)應(yīng)不小于：因此所需要的時(shí)間步數(shù)應(yīng)不小于：超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分6 4LNR3 4LLR因此，總的計(jì)算量正比于因此，總的計(jì)算量正比于 ，假定計(jì)算，假定計(jì)算中每一時(shí)間步的每一節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行中每一時(shí)間步的每一節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行100

14、100條指令，則條指令，則對(duì)于對(duì)于 的問(wèn)題就需要執(zhí)行約的問(wèn)題就需要執(zhí)行約 條指令條指令，這意味著在運(yùn)算速度為每秒千萬(wàn)次量級(jí)的計(jì)算，這意味著在運(yùn)算速度為每秒千萬(wàn)次量級(jí)的計(jì)算機(jī)需要執(zhí)行約機(jī)需要執(zhí)行約1212天。天。目前國(guó)內(nèi)外采用目前國(guó)內(nèi)外采用DNSDNS計(jì)算的算例基本都是槽計(jì)算的算例基本都是槽道流這種低速、低雷諾數(shù)、流場(chǎng)較為簡(jiǎn)單的情況道流這種低速、低雷諾數(shù)、流場(chǎng)較為簡(jiǎn)單的情況，對(duì)于高速、高雷諾數(shù)的模擬只有美國(guó)少數(shù)幾個(gè)，對(duì)于高速、高雷諾數(shù)的模擬只有美國(guó)少數(shù)幾個(gè)計(jì)算中心才有可能。計(jì)算中心才有可能。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分9 4LR510LR 13.251

15、0LES：放棄對(duì)全部尺度范圍上的渦運(yùn)動(dòng)都進(jìn)行：放棄對(duì)全部尺度范圍上的渦運(yùn)動(dòng)都進(jìn)行數(shù)值模擬，改為只將比網(wǎng)格尺度大的大渦通過(guò)數(shù)值模擬，改為只將比網(wǎng)格尺度大的大渦通過(guò)N-S方程直接計(jì)算，而比網(wǎng)格尺度小的小渦，根據(jù)小方程直接計(jì)算，而比網(wǎng)格尺度小的小渦，根據(jù)小渦對(duì)大渦運(yùn)動(dòng)的影響建立模型來(lái)模擬（即亞格子渦對(duì)大渦運(yùn)動(dòng)的影響建立模型來(lái)模擬（即亞格子模型），這就是大渦模擬的基本思想。模型），這就是大渦模擬的基本思想。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研究概述第一部分第一部分超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分冷態(tài)流動(dòng)研究可以將流動(dòng)過(guò)程從燃燒過(guò)程中冷態(tài)流動(dòng)研究可以將流動(dòng)過(guò)程從

16、燃燒過(guò)程中解耦出來(lái)，能夠?qū)ξ锢磉^(guò)程建立初步而必要的認(rèn)解耦出來(lái)，能夠?qū)ξ锢磉^(guò)程建立初步而必要的認(rèn)識(shí)，是發(fā)動(dòng)機(jī)研究中必不可少的手段之一。眾所識(shí)，是發(fā)動(dòng)機(jī)研究中必不可少的手段之一。眾所周知，周知，湍流研究起源于不可壓流體，大渦模擬引湍流研究起源于不可壓流體，大渦模擬引入到超音速中，問(wèn)題多多。入到超音速中，問(wèn)題多多。超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分聲明：本匯報(bào)所有公式中均忽略體積力項(xiàng)！聲明：本匯報(bào)所有公式中均忽略體積力項(xiàng)！超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分連續(xù)性方程連續(xù)性方程0iiutx0iiutxLES中中連續(xù)性方程連續(xù)性方程FavreFavre

17、過(guò)濾過(guò)濾LESLES的連續(xù)性方程的連續(xù)性方程沒(méi)有出現(xiàn)未封閉項(xiàng)！沒(méi)有出現(xiàn)未封閉項(xiàng)！超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分動(dòng)量方程動(dòng)量方程123ijiijkkijjiju uupSStxxx LES中中動(dòng)量方程動(dòng)量方程123ijiijkkijijijjijjuuupSSuuuutxxxx FavreFavre過(guò)濾過(guò)濾動(dòng)量動(dòng)量方程出現(xiàn)不封閉項(xiàng)方程出現(xiàn)不封閉項(xiàng)，亞格子應(yīng)力需要?；瘉喐褡討?yīng)力需要模化。sgsijijiju uuu常見(jiàn)的亞格子模型包括常見(jiàn)的亞格子模型包括SmagorinskySmagorinsky渦粘模渦粘模型、尺度相似模型、混合模型和一方程模型等。型、尺度相似模型、

18、混合模型和一方程模型等。目前常用的模型是動(dòng)態(tài)目前常用的模型是動(dòng)態(tài)SmagorinskySmagorinsky渦粘模型，渦粘模型，個(gè)人認(rèn)為，在超音速流中，一方程模型更合理。個(gè)人認(rèn)為，在超音速流中，一方程模型更合理。因?yàn)樵诔羲倭髦?，湍流度增?qiáng)，且具有很強(qiáng)的因?yàn)樵诔羲倭髦校牧鞫仍鰪?qiáng)，且具有很強(qiáng)的各向非均勻性，湍流脈動(dòng)的局部平衡關(guān)系被打破，各向非均勻性，湍流脈動(dòng)的局部平衡關(guān)系被打破，動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)SmagorinskySmagorinsky渦粘模型不再適用渦粘模型不再適用。超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分能量方程能量方程超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第

19、二部分ijiiiiijiiuuEpuETRtxxxxxijiiiiijiiuEupuETRtxxxxx LES中中能量方程能量方程ijiiiiiiijiiiiiijiijiijuEupuETREuEutxxxxxxpupuuuxx？能量方程出現(xiàn)更多的不封閉項(xiàng)，情況更加復(fù)雜能量方程出現(xiàn)更多的不封閉項(xiàng)，情況更加復(fù)雜。超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分sgsijijiijiuu亞格子粘性項(xiàng)，通常很小，予以忽略。亞格子粘性項(xiàng)，通常很小，予以忽略。 sgsiiiiiHEuEupupu亞格子焓通量，通常被模化亞格子焓通量，通常被模化：PrsgssgsisgsiHHx 超音速湍流流

20、動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分個(gè)人觀點(diǎn)個(gè)人觀點(diǎn)：1 1、超音速流中大渦模擬的不封閉項(xiàng)遠(yuǎn)多于不可壓、超音速流中大渦模擬的不封閉項(xiàng)遠(yuǎn)多于不可壓流體中，因此需要模化，既然要?；鸵肓黧w中，因此需要模化，既然要?；?，就要引入各種假設(shè)，模型的準(zhǔn)確性和適用性有待考證，發(fā)各種假設(shè)，模型的準(zhǔn)確性和適用性有待考證，發(fā)展精確且通用的模型難度很大！展精確且通用的模型難度很大！2 2、不封閉項(xiàng)中亞格子應(yīng)力項(xiàng)使用一方程模型更合、不封閉項(xiàng)中亞格子應(yīng)力項(xiàng)使用一方程模型更合理，亞格子焓通量及亞格子粘性項(xiàng)的模型我也不理，亞格子焓通量及亞格子粘性項(xiàng)的模型我也不太太清楚，這方面文章較少，值得深入研究。清楚，

21、這方面文章較少，值得深入研究。超音速湍流流動(dòng)大渦模擬超音速湍流流動(dòng)大渦模擬第二部分第二部分超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分聲明：本匯報(bào)所有公式中均忽略體積力項(xiàng)！聲明：本匯報(bào)所有公式中均忽略體積力項(xiàng)！LES中中連續(xù)性方程連續(xù)性方程LES中中動(dòng)量方程動(dòng)量方程燃燒場(chǎng)中與冷態(tài)場(chǎng)相同！燃燒場(chǎng)中與冷態(tài)場(chǎng)相同！超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分能量方程能量方程,111ijititiiiiijNNNnT mikkk im in ikmni

22、mmnueu eqputxxxxx DTqh Y VRRTVVxM D 為熱流量，等式右端第三項(xiàng)是熱輻射，為熱流量，等式右端第三項(xiàng)是熱輻射，第四項(xiàng)是第四項(xiàng)是DufourDufour效應(yīng)，即濃度梯度引起的效應(yīng)，即濃度梯度引起的熱擴(kuò)散，這兩項(xiàng)通常可以忽略。熱擴(kuò)散，這兩項(xiàng)通?？梢院雎浴５仁接叶说仁接叶说诙?xiàng)的擴(kuò)散速度有如下計(jì)算公式：第二項(xiàng)的擴(kuò)散速度有如下計(jì)算公式：iqiqiq超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分 ,111NNNpkpkT pT kpkpppp kpkkkkpkpkkpX XX XDDPTXV VYXYY ffDPPDYYT等式右端第二項(xiàng)是壓力引起的擴(kuò)散，第三項(xiàng)

23、是體等式右端第二項(xiàng)是壓力引起的擴(kuò)散，第三項(xiàng)是體積力引起的擴(kuò)散，第四項(xiàng)是積力引起的擴(kuò)散，第四項(xiàng)是SoretSoret效應(yīng)，即溫度梯效應(yīng)，即溫度梯度引起的質(zhì)量擴(kuò)散，這三項(xiàng)通?？梢院雎?。則得度引起的質(zhì)量擴(kuò)散，這三項(xiàng)通常可以忽略。則得到簡(jiǎn)化的組分?jǐn)U散公式：到簡(jiǎn)化的組分?jǐn)U散公式：,kkk ikiDYVYx 超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分能量方程能量方程綜上，整理得到能量方程的最終形式：綜上，整理得到能量方程的最終形式：,11Nijiti tikkk ikiiiiijNijiti tkikkkiiiiiijueuepuThYVtxxxxxxueueYpuTh Dtxxxxxx

24、x 或超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分LES中中能量方程能量方程Favre過(guò)濾，得到過(guò)濾，得到LES中的能量方程：中的能量方程：1111NijiikikkkiiiiiijNijiikikkiikiiiiiijiNkkkkkkkkiiiuEuYpuETh DtxxxxxxxuEuYpuETh DEuEutxxxxxxxxYYh Dh DxxxNiiijiijiijpupuuuxx？相比流動(dòng)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，燃燒場(chǎng)中的能量方程出現(xiàn)非常相比流動(dòng)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，燃燒場(chǎng)中的能量方程出現(xiàn)非常多的不封閉項(xiàng)，情況非常復(fù)雜多的不封閉項(xiàng)，情況非常復(fù)雜。超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分

25、第三部分通常亞格子焓通量被?；ǔ喐褡屿释勘荒；簛喐褡诱承皂?xiàng)通常很小，予以忽略亞格子粘性項(xiàng)通常很小，予以忽略。sgsiiiiiHEuEupupuPrsgssgsisgsiHHx sgsijijiijiuu,11NNsgskkk ikkkkkkiiYYqh Dh Dxx亞格子熱通量通常亞格子熱通量通常也也很小，予以忽略很小，予以忽略。超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分組分方程組分方程kikkkkiiiYuYYDtxxxLES中中組分方程組分方程kikkkkkkikikkkiiiiiiiYu YYYYDu YuYDDtxxxxxxx？超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流

26、燃燒大渦模擬第三部分第三部分組分方程的不封閉項(xiàng)：組分方程的不封閉項(xiàng)：通常亞格子通常亞格子對(duì)流組分對(duì)流組分通量被?；勘荒；?sgssgskk iikikk sgsiYYu YuYScxkkkkiiYYDDxx通常通常也忽略也忽略kk才是真正的麻煩，才是真正的麻煩，由于過(guò)濾后的化學(xué)反應(yīng)由于過(guò)濾后的化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)的高度非線性本質(zhì)而顯得格外復(fù)雜，源項(xiàng)的高度非線性本質(zhì)而顯得格外復(fù)雜，如何?；且淮箅y點(diǎn)，值得研究。如何?；且淮箅y點(diǎn)，值得研究。超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分個(gè)人觀點(diǎn)個(gè)人觀點(diǎn)：1、超音速燃燒中大渦模擬的不封閉項(xiàng)更多，但最、超音速燃燒中大渦模擬的不封閉項(xiàng)更多，

27、但最難的問(wèn)題是難的問(wèn)題是反應(yīng)源項(xiàng)反應(yīng)源項(xiàng)的?；哪；?，此問(wèn)題值得深入研此問(wèn)題值得深入研究。究。2、我們另辟蹊徑，繞開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，不解能量方程、我們另辟蹊徑，繞開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，不解能量方程，基于基于層流穩(wěn)態(tài)火焰面假設(shè)，然后建立湍流火焰層流穩(wěn)態(tài)火焰面假設(shè)，然后建立湍流火焰面的庫(kù)，通過(guò)查庫(kù)插值得到過(guò)濾的面的庫(kù)，通過(guò)查庫(kù)插值得到過(guò)濾的反應(yīng)源項(xiàng)、過(guò)反應(yīng)源項(xiàng)、過(guò)濾的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、過(guò)濾的溫度等參數(shù)，濾的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、過(guò)濾的溫度等參數(shù)，大大減大大減少了計(jì)算量，但計(jì)算精度肯定受到影響。少了計(jì)算量，但計(jì)算精度肯定受到影響。超音速湍流燃燒大渦模擬超音速湍流燃燒大渦模擬第三部分第三部分k1、超音速流動(dòng)與燃燒相比于不可壓?jiǎn)栴}，大、超音速流動(dòng)與燃燒相比于不可壓?jiǎn)栴}，大渦模