高効率・低騒音混合を達成する花びら形ノズルをもつ円形噴流の基礎研究

花瓣形喷嘴圆形射流实现高效率、低噪音混合的基础研究

基本信息

批准号：
62460092
负责人：
荒川忠一
金额：
$ 3.97万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
财政年份：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至 1988
项目状态：
已结题

项目摘要

花びら形ノズルの代表例として、ターボファンエンジンのローブミキサーの流れを、低レイノルズ数型の応力輸送方程式による高次精度の乱流数値計算法で解析し、実験によってその信頼性を確かめた。一般座標系の計算に適している応力輸送方程式の低レイノルズ数型モデルを構築するために、2次元チャンネル流れを用いて新しいモデルを提案し、汎用性をもった係数を決定した。つまり、圧力・歪相関による再配分項についてはLRR(Launder-Reece-Rodi)モデルの係数を、応力の剪断成分に着目して、それが実験結果と一致するように調整した。壁面近傍の非等方性流れを表現するために、壁面近接効果項の新しいモデルを提案した。さらに、散逸量εの輸送方程式についても、壁面近傍の低レイノルズ数効果を表現できるように、定数を乱流量の無次元数を用いて関数化した。以上のモデルにより、レイノルズ数12000、60000の二次元チャンネル流れいずれにおいても実験データと一致する解を得ることができた。ローブミキサーの流れを上述の乱流モデルで計算した。計算領域を、コア、バイパス、ミキシングの三領域に分割し、上流側から順に計算を行い、各々の境界面で解を接続するという手法を取った。上流、半径方向外側に位置するバイパス領域では、コア領域との隔壁の形状が花びらのように大きく変化するにつれて、その表面にそって半径内側方向への流れが発生する。ミキシング領域ではこれらの二次流れが主流方向に軸を有する強い縦渦を誘引し、混合過程を促進する。以上の壁面付近の強い二次流れと、旋回流といった乱れの非等方性を有する流れを本研究の応力方程式モデルで計算し、平行して行われた実験と定性的に一致する結果を得ることができた。

作为花瓣形喷嘴的代表性示例，使用高雷诺数数字类型应力传输方程进行了高阶湍流数值计算方法分析了涡轮叶发动机叶混合器的流动，并通过实验验证了其可靠性。为了构建适合计算一般坐标系的应力传输方程的低雷诺数模型，使用二维通道流量提出了一个新模型，以确定多功能系数。换句话说，对于由于压力应变相关性而引起的重新分布项，调整了LRR（洗衣 - 赖斯 - 罗迪）模型的系数以匹配实验结果，重点是应力的剪切成分。已经提出了一个新的壁接近效应项的模型，以代表壁表面附近的各向异性流。此外，对于耗散量ε的传输方程，使用无尺寸的湍流数量将常数转换为函数，以便可以表达壁表面附近的低雷诺数效应。使用上述模型，获得了与雷诺数为12,000和60,000的二维通道流相一致的解决方案。使用上述湍流模型计算叶混合器流量。计算区域分为三个区域：核心，旁路和混合，并从上游侧进行计算，并在每个边界表面连接溶液。在位于上游和径向向外的旁路区域中，带有核心区域的隔板的形状像花瓣一样发生了巨大变化，从而导致沿其表面的径向向内流动。在混合区域中，这些二次流动吸引了强有力的纵向涡旋，轴沿主流方向吸引了轴，从而促进了混合过程。使用本研究的应力方程模型计算了壁表面附近的上述强二次流以及具有湍流等各向异性的流动，并且与并行进行的实验在质量上是一致的。