Πρόοδος στην έρευνα για τις αεροδυναμικές προδιαγραφές του καύσεων του μηχανήματος αεροπλάνου με βάση μεγάλη εδαφική προσομοίωση

Πρόοδος στην έρευνα για τις αεροδυναμικές προδιαγραφές του καύσεων του μηχανήματος αεροπλάνου με βάση μεγάλη εδαφική προσομοίωση

Η θερμαντική καμπάνα είναι μία από τις βασικές συστατικές μονάδες ενός αεροπλανιακού μηχανήματος, και η αεροδυναμική απόδοση της θερμαντικής καμπάνας έχει κρίσιμο ρόλο στην απόδοση του συνόλου του μηχανήματος. Για να ανταποκριθούν στις όλο και πιο αυστηρές τεχνικές απαιτήσεις του μηχανήματος για τη θερμαντική καμπάνα, ο τρόπος διοργάνωσης της καύσης και οι ροϊκές παραμέτροι μέσα στην θερμαντική καμπάνα έχουν γίνει πολύ πιο περίπλοκοι. Το διαφορικό μπορεί να αντιμετωπίσει ροϊκή χωρίζουσα υπό έναν ισχυρό αρνητικό ροϊκό υπολογισμό πίεσης. Ο αέρας περνάει μέσω πολλαπλών σταδίων συσκευασιακού συστήματος για να δημιουργήσει μεγάλες κλίμακες υπολογισμού των υπολογισμών, οι οποίοι από τη μια πλευρά προωθούν την κατάσπαση και την εξάτμιση του υγρού καύσιμου και δημιουργούν μια ισχυρά δυναμική, ασταθή μίξη με το καύσιμο, και από την άλλη πλευρά δημιουργούν μια σταθερή φλόγα στην αεροδυναμική περιοχή ανακύκλωσης. Οι πολλαπλές ροές του κύριου καύσης/μίξης τρύπας αλληλεπιδράσουν με την πλευρική ροή στον φλογοστόμο για να δημιουργήσουν ζευγάρι αντίστροφων υπολογισμών, το οποίο έχει σημαντική επίδραση στην τυφλωτική μίξη. Με βάση τις ροές, οι πολυμερείς φυσικές και χημικές διαδικασίες όπως η κατάσπαση και η εξάτμιση, η μίξη, οι χημικές αντιδράσεις και η αλληλεπίδραση μεταξύ της τυφλωτικότητας και της φλογής είναι ισχυρά συνδεδεμένες, οι οποίες κοινά καθορίζουν τις αεροδυναμικές παραμέτρους της θερμαντικής καμπάνας. Η υψηλή ακρίβεια μοντελοποίησης και υπολογισμού αυτών των φυσικών και χημικών διαδικασιών έχει πάντα είναι ένας ζωτικός θέμας μελετών και ερευνών σε εθνικό και διεθνές επίπεδο.

Οι διεγέρσεις, η ατμοποίηση, η μίξη και οι διεγέρσεις στην καύση στο καυστήρα αναπτύσσονται και εξελίσσονται σε ένα περιβάλλον ροών με ταραχώδη ροή, έτσι η ροή είναι η βάση για την προσομοίωση της αεροδυναμικής απόδοσης του καυστήρα. Η βασική χαρακτηριστική της ταραχής είναι ότι οι παράμετροι ροής εμφανίζονται με τυχαία παλμούλωση λόγω της μη γραμμικής προοδευτικής διαδικασίας. Η ταραχή περιέχει πολλές βορβόρες δομές. Οι διαστάσεις διαφορετικών βορβόρων σε μήκος και κλίμακες χρόνου είναι τεράστιες, και όσο αυξάνεται το αριθμός Reynolds, οι διαστάσεις μεταξύ των κλίμακων αυξάνονται ξεχνούντως. Σύμφωνα με το ποσοστό των ταραχώδων βορβόρων που λύνονται άμεσα, η προσομοίωση ταραχής  τα μέθοδα διαιρούνται σε άμεση αριθμητική προσομοίωση (DNS), Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), μεγάλης διασποράς προσομοίωση (LES) και μεικτά μέθοδα προσομοίωσης ρευστών. Το μέθοδο RANS, το οποίο είναι ευρέως χρησιμοποιείται στη μηχανική, λύνει το μεσαίο πεδίο τurbulence και χρησιμοποιεί ένα μοντέλο για να προσομοιάσει όλες τις πληροφορίες των τurbulence παλμών. Η υπολογιστική φόρτωση είναι μικρή, αλλά η ακρίβεια είναι κακή. Για ισχυρούς περιστροφικούς και μη σταθερούς ρευστικούς διεργασίες στο καύσεων, το RANS δεν μπορεί να καταλάβει τα απαιτήματα λεπτομερούς σχεδιασμού. Ο Pitsch επισήμανε ότι η υπολογιστική πολυπλοκότητα του LES είναι μεταξύ RANS και DNS, και σήμερα χρησιμοποιείται για υπολογισμούς τurbulence καύσης σε απελευθερωμένα χώρη με μεσαίους και χαμηλούς αριθμούς Reynolds. Λόγω της μικρής κλίμακας των ρευστών στην περιοχή κοντά στο τοιχοκράνο του καύσεων και του υψηλού αριθμού Reynolds της ροής, ο αριθμός των τριγωνικών που απαιτούνται για την υπολογιστική προσομοίωση LES μόνο για μια κεφαλίδα του καύσεων είναι σε εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια. Αυτή η υψηλή κατανάλωση υπολογιστικών πόρων περιορίζει την ευρεία χρήση του LES στις προσομοιώσεις καύσεων.

Η δημιουργία μοντέλων και μεθόδων υψηλής ακρίβειας υπολογισμών με βάση τις πλαισίωσεις Πολύ Μεγάλης Εξελικτικής Προσέγγισης (VLES) και Υβριδικής Μεθόδου RANS-LES είναι μια σημαντική τάση στην αριθμητική προσομοίωση. Η μέθοδος VLES που αναπτύχθηκε από τον Han και τους συνεργάτες του λύνει το πρόβλημα της χαμηλής επιταχύνσεως υπολογισμών που προκαλείται από τη φιλτράριση της μεσοθάλαμης κλίμακας και την επίλυση των περιορισμών της συμφωνίας κλίμακας διαταραχών στην παραδοσιακή LES, και επιτυγχάνει μοντελοποίηση σύνδεσης μεταξύ των πολλαπλών κλίμακων διαταραχών, των χρονικών εξελικτικών χαρακτηριστικών και της επίλυσης του δικτυού. Η VLES επιστρατηγεί αυτομάτως τον αναλογισμό μεταξύ της επίλυσης και της μοντελοποίησης των διαταραχών με βάση τα πραγματικά χαρακτηριστικά της εξέλιξης της δομής των υπολογισμών, μειώνοντας σημαντικά τα κόστη υπολογισμών ενώ εξασφαλίζει την ακρίβεια των υπολογισμών.

Παρ' όλα αυτά, σε σύγκριση με την παραδοσιακή LES, η θεωρία και τα χαρακτηριστικά της VLES δεν έχουν μελετηθεί επαρκώς ούτε εφαρμοστεί ευρέως. Αυτή η εργασία παρουσιάζει συστηματικά τη θεωρία μοντελοποίησης της VLES και τις εφαρμοστικές της επιδράσεις σε διάφορες φυσικές συνθήκες που σχετίζονται με καύσιμες καμπάνες, προωθώντας τη μεγάλη κλίμακα εφαρμογής της VLES στον τομέα της προσομοίωσης καύσιμων καμπάνων αεροσκαφών.

Μέθοδος Μεγάλης Σύμβατης Προσομοίωσης

Η επιρροή των μεθόδων προσομοίωσης δυσκολών στην κατανάλωση πληροφοριακών πόρων υπολογισμού και στα μοντέλα παρουσιάζεται στο Σχήμα 1. Οι μεθόδοι RANS, LES και VLES επιτυγχάνουν προσομοίωση ροών μέσω μοντελοποίησης δυσκολών. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η πρώτη σαφής ορισμοποίηση του VLES έγινε από τον Pope, η οποία αναφέρεται στο "το πλέγμα υπολογισμού είναι πολύ αραιότερο έτσι ώστε η δυναμική ενέργεια των δυσκολών που λύνονται άμεσα να είναι λιγότερη από το 80% της συνολικής δυναμικής ενέργειας των δυσκολών". Επίσης, η ορισμοποίηση του LES από τον Pope [6] είναι «το πλέγμα υπολογισμού είναι πολύ λεπτομερές έτσι ώστε η δυναμική ενέργεια των δυσκολών που λύνονται άμεσα να είναι μεγαλύτερη από το 80% της συνολικής δυναμικής ενέργειας των δυσκολών». Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η VLES που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο είναι μια νέα μέθοδος υπολογισμού που έχει αναμοντελωθεί και αναπτυχθεί βάσει της προηγούμενης μεθόδου. Αν και τα ονόματα είναι τα ίδια, η νέα μέθοδος VLES είναι ουσιαστικά διαφορετική από την VLES που ορίστηκε από τον Pope. Έχει φανεί από το σχήμα ότι οι παραδοσιακές μορφές των δυσκολών είναι RANS, URANS, hybrid RANS/LES, LES και DNS σε σειρά υπολογιστικής ακρίβειας. Υπό το νέο πλαίσιο μοντέλου, οι μορφές των δυσκολών διαιρούνται σε RANS, VLES και DNS σε σειρά υπολογιστικής ακρίβειας. Δηλαδή, η μέθοδος VLES επιτυγχάνει την ενοποίηση πολλών παραδοσιακών μορφών δυσκολών, και διαφορετικά μοντέλα μεταβάλλονται και μεταφέρονται με ελαφρότητα με βάση τις τοπικές παραμέτρους στις πραγματικές υπολογιστικές εφαρμογές.

Προσομοίωση τυπικών φυσικών διεργασιών στο καύσιμο χώρο

Πολύ Μεγάλη Εδδυ Προσομοίωση Ισχυρής Στροβιλικής Ροής

Ο καύσιμος χώρος ενός αεροπλανικού μοτόρα συνήθως χρησιμοποιεί τύπους οργάνωσης ροής που περιλαμβάνουν πολυσταδιακή στροβιλική και ισχυρή στροβιλική ροή. Η στροβιλική ροή είναι η βασικότερη μορφή ροής στο καύσιμο χώρο. Επειδή η στροβιλική επικρατεί και στην κατεύθυνση της ροής και στην επικαμπτική κατεύθυνση, η τυφλωτική διαταραχή της στροβιλικής έχει μεγαλύτερη ανισότητα από τις παραδοσιακές διατροχιακές ροές, κανάλια και ροές βραστών. Έτσι, η αριθμητική προσομοίωση της στροβιλικής αποτελεί μεγάλη πρόκληση για τη μέθοδο προσομοίωσης τurbulence. Οι Xia και συνεργάτες χρησιμοποίησαν τη μέθοδο VLES για να υπολογίσουν το κλασικό παράδειγμα ισχυρής στροβιλικής ροής στον τрубάκι· οι Dellenback και συνεργάτες [14] διεξήγαγαν πειραματικές μελέτες σε αυτό το παράδειγμα και έχουν λεπτομερή πειραματικά δεδομένα. Το αριθμό Reynolds της ροής του υπολογισμένου παραδείγματος είναι 1.0 × 105 (βασισμένο στο διάμετρο του κυκλικού αγωγού) και το αριθμό χειμώνας είναι 1,23. Δύο σύνολα δομημένων πλέγματων χρησιμοποιούνται στην υπολογιστική διαδικασία. Το συνολικό πλήθος των αραιών πλεγμάτων (M1) είναι περίπου 900.000 και το συνολικό πλήθος των κρυπτογραφημένων πλεγμάτων (M2) είναι περίπου 5,1 εκατομμύρια. Τα αποτελέσματα των στατιστικών προϊόντων που αποκτήθηκαν με την υπολογιστική διαδικασία συγκρίνονται επιπλέον με τα εμπειρικά αποτελέσματα για να επαληθευτεί η υπολογιστική ακρίβεια της μεθόδου VLES.

Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των υπολογισμών διαφόρων μεθόδων και των πειραματικών αποτελεσμάτων της ακτινικής κατανομής της μέσης περιφερειακής ταχύτητας και της δυναμικής ταχύτητας σε διάφορες θέσεις κάτω από ισχυρή περιστροφική ροή εμφανίζεται στον Κωδικό 4. Στο σχήμα, οι οριζόντιες και κάθετες συντεταγμένες είναι άνευ διαστάσεων απόσταση και άνευ διαστάσεων ταχύτητα, αντίστοιχα, όπου D1 είναι η διάμετρος του κυκλικού αγωγού εισόδου και Uin είναι η μέση ταχύτητα εισόδου. Έχει φανεί από το σχήμα ότι το πεδίο ροής δείχνει ένα τυπικό Rankin-ομοιώνο σύνθετο βορβόρι που μεταβάλλεται σταδιακά σε ένα μοναδικό βορβόρι σκληρού σώματος. Σύγκριση των αποτελεσμάτων υπολογισμού και πειραματικών αποτελεσμάτων δείχνει ότι η μέθοδος VLES έχει υψηλή ακρίβεια υπολογισμού για την πρόβλεψη της περιφερειακής ταχύτητας ισχυρής περιστροφικής ροής, η οποία συμφωνεί καλά με την κατανομή των πειραματικών μετρήσεων. Η παραδοσιακή μέθοδος RANS έχει μεγάλη απόκλιση στους υπολογισμούς της περιστροφικής ροής και δεν μπορεί να προβλέψει σωστά την χωρική εξέλιξη του πεδίου περιστροφικής ροής και της δυναμικής ταλαίπωρης. Σε σύγκριση, η μέθοδος VLES έχει πολύ υψηλή ακρίβεια στην πρόβλεψη του πεδίου μέσης ταχύτητας, του πεδίου δυναμικής ταχύτητας και της χωρικής εξέλιξης υπό συνθήκες περίπλοκης ισχυρής περιστροφικής ροής, και μπορεί να εγγυάται υψηλή ακρίβεια υπολογισμού ακόμη και σε σχετικά ξηρά δικτυακά ψηφία. Για την πρόβλεψη της μέσης περιφερειακής ταχύτητας, τα αποτελέσματα υπολογισμού της μεθόδου VLES είναι σχεδόν συνεπή σε δύο σύνολα ξηρών και πυκνών δικτυακών ψηφίων.

Λαργκ Έντι Σιμουλέισιον της Ταραχωτής Καύσης

Για να μελετηθεί η εφαρμοσιμότητα της μεθόδου VLES στην πρόβλεψη προβλημάτων ταραχωτής καύσης [15-16], αναπτύχθηκε ένα μοντέλο ταραχωτής καύσης βασισμένο στη μέθοδο VLES συνδεδεμένη με τις φλογοειδείς γεννημένες πολλαπλότητες (FGM). Η βασική ιδέα είναι να υποθέτει ότι η ταραχωτή φλόγα έχει τοπικά μια μονοδιάστατη λαμπρή δομή φλόγας, και η επιφάνεια της ταραχωτής φλόγας είναι η συνολική μέση τιμή μιας σειράς επιφανειών λαμπρής φλόγας. Επομένως, ο χώρος των συστατικών υψηλών διαστάσεων μπορεί να απεικονιστεί σε ένα χώρο ροών μικρών διαστάσεων αποτελούμενο από διάφορες παράμετρους (αναμιγμένο κλάσμα, μεταβλητή προόδου αντιδράσεων κλπ.). Υπό την κατάσταση λεπτών αντιδραστικών μηχανισμών, μειώνεται σημαντικά το πλήθος των εξισώσεων μεταφοράς που πρέπει να λυθούν, με αποτέλεσμα να μειωθεί σημαντικά ο υπολογιστικός κόστος.

Ο συγκεκριμένος προσαγωγικός προ cess είναι να κατασκευάσετε τον πίνακα δεδομένων λαμπρών FGM βάσει της κατανομής κατά μιγμάτων και των μεταβλητών προόδου αντιδράσεων, να λάβετε υπόψη την αλληλεπίδραση μεταξύ της δυσκολιακής καύσης υποθέτοντας την μέθοδο πυκνότητας πιθανότητας συνάρτησης για να ολοκληρώσετε τον πίνακα λαμπρών δεδομένων, και έτσι να αποκτήσετε τον πίνακα δυσκολιακών δεδομένων. Στον αριθμητικό υπολογισμό, λύνονται οι μεταφορικές εξισώσεις της κατανομής κατά μιγμάτων, των μεταβλητών προόδου αντιδράσεων και της αντίστοιχης διαφοράς, και αποκτάτε πληροφορίες πεδίου καύσης ελέγχοντας τον πίνακα δυσκολιακών δεδομένων.

Το μοντέλο τurbulent combustion βασισμένο σε VLES και FGM χρησιμοποιήθηκε για να πραγματοποιηθούν αριθμητικές υπολογιστικές εργασίες σχετικά με την turbulent jet φλόγα μεθάνου/αέρα (Flame D) που μετρήθηκε από το εργαστήριο Sandia στις ΗΠΑ, και έγιναν ποσοτικές συγκρίσεις με τα πειραματικά δεδομένα μέτρησης. Το καύσιμο υλικό του παραδείγματος Sandia Flame D (αριθμός Reynolds είναι 22400) είναι ένας ολοκληρωμένος μίξεις μεθάνου και αέρα με όγκο λόγο 1:3, η ταχύτητα εισόδου καυσίμου είναι περίπου 49,9 m/s, και η ταχύτητα εγρήγορσης είναι περίπου 11,4 m/s. Η φλόγα καθήκοντα είναι μίγμα καυτού μεθάνου και αέρα, ενώ το υλικό της εγρήγορσης είναι καθαρός αέρας. Η υπολογιστική διαδικασία χρησιμοποιεί δομημένο δίκτυο, και ο συνολικός αριθμός των δικτύων είναι περίπου 1,9 εκατομμύρια.

Η κατανομή της μέσης μαζικής κλίμακας διαφόρων συστατικών κατά μήκος του άξονα εμφανίζεται στην Φιγούρα 5. Οι οριζόντιες και κάθετες συντεταγμένες στο σχήμα είναι αδιάστατη απόσταση (D2 είναι η διάμετρος του εισαγωγικού ροφήματος) και αδιάστατη μαζική κλίμακα, αντίστοιχα. Μπορεί να δει κανείς από το σχήμα ότι η πρόβλεψη των κυρίαρχων συστατικών της διαδικασίας καύσης με τη μέθοδο VLES συμφωνεί γενικά καλά με τα εμπειρικά αποτελέσματα. Η κατανομή της θερμοκρασίας σε διαφορετικές θέσεις κάτω από το ροφήμα στο χώρο της κλίμακας μίξης εμφανίζεται στην Φιγούρα 6. Μπορεί να δει κανείς από το σχήμα ότι η τάση της κατανομής που προβλέπεται από τη μέθοδο VLES είναι βασικά συμβατή με τα εμπειρικά αποτελέσματα, και μόνο το υπολογισμένο ακραίο τιμή της θερμοκρασίας είναι λίγο μεγαλύτερη από την εμπειρική τιμή. Η κατανομή της άμεσης ωρολογιστικής, της θερμοκρασίας και της λειτουργίας ελέγχου ανάλυσης που υπολογίζεται με VLES εμφανίζεται στην Φιγούρα 7, όπου η στρογγυλή γραμμή λαμβάνεται ως Zst=0.351. Μπορεί να δει κανείς από το σχήμα ότι η περιοχή του κεντρικού ροφήματος εκφράζει ισχυρή τurbulent δολική κίνηση, και όπως αναπτύσσεται η πεδιακή ροή προς τα κάτω, η κλίμακα της δομής του βορβούλιου αυξάνεται γradually. Ως εκ τούτου, μπορεί να δει κανείς από την Φιγούρα 7 (b) και (c), ότι σε περισσότερες περιοχές χημικής αντίδρασης, η λειτουργία ελέγχου ανάλυσης είναι μεταξύ 0 και 1, δείχνοντας ότι η τοπική πλέγμα ανάλυσης μπορεί να ανιχνεύσει μεγάλη κλίμακα τurbulence και να μοντελοποιεί μικρή κλίμακα turbulence μέσω του μοντέλου. Σε αυτή την περίπτωση, η VLES συμπεριφέρεται ως προσεγγιστική λύση μεγάλης διαστολής. Στην περιοχή του ροφήματος και το έξω άκρο της φλογής προς τα κάτω, η λειτουργία ελέγχου ανάλυσης είναι κοντά στο 1, δείχνοντας ότι η κλίμακα του φιλτρού που τεμνόταν από το πλέγμα υπολογισμού είναι μεγαλύτερη από την τοπική κλίμακα τurbulence. Σε αυτή την περίπτωση, η VLES συμπεριφέρεται ως μια μη σταθερή μέση λύση Reynolds. Συνοπτικά, μπορεί να δει κανείς ότι η μέθοδος VLES μπορεί να πραγματοποιήσει τη μετατροπή πολλών λύσεων τurbulence με βάση τα χαρακτηριστικά της εξέλιξης της δομής του βορβούλιου, και μπορεί να προβλέψει με ακρίβεια τη μη σταθερή διαδικασία καύσης σε τurbulent φλογές.

Λειτουργική προσομοίωση μεγάλων ροπών της ολόκληρης διαδικασίας ατομοθέτησης

Το μεγαλύτερο μέρος του καυσίμου που χρησιμοποιείται στο καύσιμο χώρο ενός αεροπορικού μοτόρα είναι υγρό καύσιμο. Το υγρό καύσιμο μπαίνει στο καύσιμο χώρο και υποβάλλεται σε διαδικασίες πρωταρχικής και δευτερεύουσας ατομοθέτησης. Υπάρχουν πολλές δυσκολίες στην προσομοίωση της ολόκληρης διαδικασίας ατομοθέτησης του υγρού καυσίμου, συμπεριλαμβανομένης της καταγραφής της διμερούς τοπολογικής διαστολής της επιφάνειας μεταξύ αέρα και υγρού, της μεταμόρφωσης και σπάσης των υγρών στηλών, της εξέλιξης της σπάσης των υγρών ζωνών και νενεριδών σε σταγόνες και της αλληλεπίδρασης μεταξύ της διαταραγμένης ροής και των σταγόνων. Ο Huang Ziwei [19] ανέπτυξε ένα μοντέλο πλήρους προσομοίωσης διαδικασίας ατομοθέτησης βασισμένο στη μέθοδο VLES συνδυασμένη με τη μέθοδο υβριδικής υπολογιστικής ατομοθέτησης VOF-DPM, επιτυγχάνοντας την αριθμητική προσομοίωση της ολόκληρης διαδικασίας από συνεχές υγρό σε διακριτές σταγόνες.

Ένας νεοαναπτυγμένος μοdel προσομοίωσης του διαδικαστικού φαινομένου της ατομοθέτησης χρησιμοποιήθηκε για την εκτέλεση υψηλής ακρίβειας αριθμητικών υπολογισμών της κλασικής διαδικασίας ατομοθέτησης οριζόντιου ροφήματος, και έγινε λεπτομερής σύγκριση με τα πειραματικά αποτελέσματα που αναφέρονται στην επιστημονική βιβλιογραφία [20] και τα αποτελέσματα υπολογισμών μεγάλης ορμής [21]. Στο παράδειγμα υπολογισμού, η φάση αερίου είναι αέρας με ταχύτητες 77,89 και 110,0 m/s αντίστοιχα, ενώ η υγρή φάση είναι υγρό νερό με ταχύτητα 8,6 m/s. Οι αντίστοιχοι αριθμοί Weber είναι 100 και 200 αντίστοιχα. Για να μιμηθεί καλύτερα ο δεύτερος διαδικαστικός όρος της κατάρρευσης, το μοντέλο κατάρρευσης χρησιμοποιεί το μοντέλο Kelvin-Helmholtz και Rayleigh-Taylor (KHRT).

Ο πλήρης διαδικασίας ατομισμού που προβλέπεται από το VLES υπό τις συνθήκες αριθμού Weber 100 εμφανίζεται στο Σχήμα 8. Όπως φαίνεται από το σχήμα, στην αρχική περιοχή δημιουργείται ένας λεπτός τοιχός γνωστός ως κολώνα υγρού, και μετά η κολώνα υγρού σπάει σε ζώνες και νήχια υγρού, και σπάει σε σταγόνες υπό την επίδραση της αεροδυναμικής δύναμης, ενώ οι σταγόνες διασπάζονται περαιτέρω σε μικρότερες σταγόνες μέσω δευτεροβάθμιας διασποράς. Η ροή ταχύτητας και η κατανομή της διαστολικής βορτικότητας που υπολογίζονται από το VLES υπό τις συνθήκες αριθμού Weber 100 εμφανίζονται στο Σχήμα 9. Όπως φαίνεται από το σχήμα, υπάρχει μια τυπική περιοχή χαμηλής ταχύτητας αναστροφής στην πλευρά της ανέμισης της κολώνας υγρού. Μπορεί να διαπιστωθεί από την άμεση κατανομή της βορτικότητας ότι η πλευρά της ανέμισης της κολώνας υγρού παρουσιάζει μια ισχυρή βορτική δομή, και η ισχυρή τurbulent κίνηση στην περιοχή χαμηλής ταχύτητας αναστροφής συνεισφέρει στην σπάση του τοιχώματος κολώνας υγρού και στην δημιουργία σταγόνων.

Το όγκο του αρχικού διαμέτρου του ρευστού στη σχέση με την ελάχιστη διάσταση ροής του ρευστού όταν η στήλη ρευστού ξεκινά να διασπαθνείται υπό διαφορετικούς αριθμούς Weber εμφανίζεται στον Κύκλο 10. Στον κύκλο, di είναι η ελάχιστη διάσταση ροής του ρευστού όταν η στήλη ρευστού ξεκινά να διασπαθνείται, και D3 είναι ο αρχικός διάμετρος του ρευστού. Μπορεί να δει κανείς από τον κύκλο ότι τα αποτελέσματα των υπολογισμών VLES συμφωνούν καλά με τα πειραματικά αποτελέσματα, τα οποία είναι καλύτερα από τους υπολογισμούς μεγάλων εδρών στον βιβλιογραφικό κατάλογο [21].

Αστάθεια Καύσης Πολύ Μεγάλης Εδρού

Για να εκπληρώσουν τις απαιτήσεις χαμηλών εκπομπών, οι καύσωνες των πολιτικών αεροπλάνων σχεδιάζονται συνήθως με προεντυπωμένη ή μερικά προεντυπωμένη λαμπρή καύση. Ωστόσο, η λαμπρή προεντυπωμένη καύση έχει φτωχή σταθερότητα και είναι πρόθυμη να ενεργοποιήσει τους καταστροφικούς καύσιμους τύπους με θερμακούστια συνδεδεμένα οσιλλώμενα, που οδηγούν σε αστάθεια καύσης. Η αστάθεια καύσης είναι εξαιρετικά καταστροφική και μπορεί να συνοδεύεται από προβλήματα όπως η επιστροφή και η αλλαγή μορφής των στερεών, που είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει η σχεδίαση καυστήρα.

Η αριθμητική υπολογισμός της άστατης καύσης μπορεί να διαιρεθεί σε δύο κατηγορίες: μέθοδος αποζευγμάτωσης και μέθοδος άμεσης σύνδεσης. Η μέθοδος πρόβλεψης άστατης καύσης με αποζευγμάτωση αποζευγματίζει τις λύσεις της άστατης καύσης και της ακουστικής. Η άστατη καύση απαιτεί μεγάλο αριθμό αριθμητικών εισαγωγικών δειγμάτων για να κατασκευάσει μια αξιόπιστη συνάρτηση περιγραφής φλογός. Εάν χρησιμοποιηθεί η μέθοδος υπολογισμού μεγάλων βορβόρων, ο καταναλωτικός τους ρυθμός υπολογιστικών πόρων είναι πολύ μεγάλος. Η μέθοδος άμεσης σύνδεσης υπολογισμού βασίζεται στη μέθοδο συμπιεστή συντελεστή, και αποκτά άμεσα το αποτέλεσμα της άστατης καύσης μέσω ακριβών άστατων υπολογισμών, δηλαδή ο διαδικαστικός υπολογισμός της σύνδεσης της άστατης καύσης και της ακουστικής, υπό δεδομένες εργασιακές συνθήκες, ολοκληρώνεται μια φορά μέσα στο ίδιο πλαίσιο υπολογισμού.

Στη μελέτη της αριθμητικής προσομοίωσης της αναπόδεσμωσης της άβλαστης αστάθειας καύσης, οι Huang και συν. [27] ανέπτυξαν ένα μοντέλο υπολογισμού άβλαστης αστάθειας καύσης βασισμένο στη μέθοδο VLES συνδεδεμένη με τη μέθοδο επαρκώς επαχθείς φλόγες, επιτυγχάνοντας ακριβή πρόβλεψη της μη σταθερής διαδικασίας καύσης υπό ηχοανακύψεις. Το παράδειγμα υπολογισμού είναι μια σταθερή φλόγα ιθανού/αέρα πλήρως προεντυπωμένης καύσης με σώμα βλάκου που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο Cambridge, με αντισταθμιστικό λόγο 0.55 και αριθμό Reynolds περίπου 17000. Η σύγκριση μεταξύ των αποτελεσμάτων υπολογισμού VLES και των πειραματικών αποτελεσμάτων των μη σταθερών δυναμικών χαρακτηριστικών της φλόγας υπό ηχοανακύψεις εμφανίζεται στο Σχήμα 12. Μπορεί να δει κανείς από το σχήμα ότι κατά τη διάρκεια της εισαγωγικής ανακύψεως, η φλόγα καταλύεται στα εσωτερικά και εξωτερικά στρωματικά στρώματα και εξελίσσεται σε ζευγάρι αντιστροφών πυρήνων. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η εξέλιξη του μορφολογικού προφίλ της φλόγας συνεχίζει να αναπτύσσεται με την αλλαγή της γωνίας φάσης. Τα αποτελέσματα υπολογισμού VLES αναπαράγουν καλά τα χαρακτηριστικά εξέλιξης της φλόγας που παρατηρήθηκαν στο πείραμα. Η σύγκριση της δυνάμεως και της διαφοράς φάσης της απόκρισης ρυθμισμού θερμαντικής ενέργειας υπό ηχοανακύψεις 160 Hz που αποκτήθηκαν με διαφορετικές μέθοδους υπολογισμού και πειραματικές μετρήσεις εμφανίζεται στο Σχήμα 13. Στο σχήμα, Q' και Q ͂ είναι αντίστοιχα οι παλμώδης και η μέση απόδοση θερμότητας καύσης, A είναι η διαφορά φάσης των ακουστικών συνθετικών, και η οριζόντιος άξονας του διαγράμματος 13 (β) είναι η διαφορά φάσης μεταξύ του παραπομπικού σήματος απόδοσης θερμότητας καύσης υπό ακουστική ενέργεια και του σήματος ενέργειας εισόδου ταχύτητας. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, η ακρίβεια πρόβλεψης της μεθόδου VLES είναι παρόμοια με την ακρίβεια της μεγάλης διαστροφής προσομοίωσης [28], και και οι δύο συμφωνούν καλά με τις πειραματικές τιμές. Αν και η μέθοδος RANS προβλέπει την τάση μη γραμμικής απόκρισης, οι υπολογισμένες ποσοτικές αποτελέσματα αποκλίνουν σημαντικά από τις πειραματικές τιμές. Για τα αποτελέσματα διαφοράς φάσης (διάγραμμα 13 (β)), η τάση της διαφοράς φάσης που προβλέπει η μέθοδος VLES με την διαφορά της δια摄άμπλιτυδας είναι βασικά συμβατή με τα πειραματικά αποτελέσματα, ενώ τα αποτελέσματα μεγάλης διαστροφής προσομοίωσης δεν προβλέπουν καλά την παραπάνω τάση.