航空学报 > 2015, Vol. 36 Issue (1): 261-273   doi: 10.7527/S1000-6893.2014.0239

超声速燃烧数值模拟中的湍流与化学反应相互作用模型

杨越1,2, 游加平1, 孙明波3   

  1. 1. 北京大学 工学院 湍流与复杂系统国家重点实验室, 北京 100871;
    2. 北京大学 工学院 应用物理与技术研究中心, 北京 100871;
    3. 国防科学技术大学 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 长沙 410073
  • 收稿日期:2014-07-25 修回日期:2014-10-31 出版日期:2015-01-15 发布日期:2014-10-31
  • 通讯作者: 杨越,Tel.: 010-62745328 E-mail: yyg@pku.edu.cn E-mail:yyg@pku.edu.cn
  • 作者简介:杨越 男, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向: 湍流理论与数值模拟,湍流燃烧。 Tel: 010-62745328 E-mail: yyg@pku.edu.cn;游加平 男, 博士研究生。主要研究方向: 湍流燃烧。 E-mail: youjp@pku.edu.cn;孙明波 男, 博士, 副研究员, 硕士生导师。主要研究方向: 湍流燃烧理论与数值模拟,高超声速推进技术。 E-mail: sunmingbonudt@sina.cn
  • 基金资助:

    中组部青年千人计划(第五批)

Modeling of turbulence-chemistry interactions in numerical simulations of supersonic combustion

YANG Yue1,2, YOU Jiaping1, SUN Mingbo3   

  1. 1. State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China;
    2. Center for Applied Physics and Technology, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China;
    3. Science and Technology on Scramjet Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
  • Received:2014-07-25 Revised:2014-10-31 Online:2015-01-15 Published:2014-10-31
  • Supported by:

    National Thousand Young Talent Program (5th batch), Organization Department of CPC, China

摘要:

高精度数值模拟有助于理解超声速湍流燃烧中湍流与化学反应的相互作用,可为发动机燃烧室等工程应用设计提供可靠的预测模型。除直接数值模拟外,目前在湍流燃烧应用中使用的大涡模拟和雷诺平均Navier-Stokes模拟均需要借助模型模化发生在湍流小尺度上的流动与化学反应过程对湍流大尺度运动的影响。现有的湍流与化学反应相互作用模型大致可分为:火焰面类模型和概率密度函数类模型,2类模型在不同的应用中各自具有优势和局限性。此外,现有模型大都基于低马赫数燃烧,而超声速燃烧中通常会伴随快速混合、局部熄火和再着火以及激波等复杂过程,这为发展其中的湍流与化学反应相互作用模型提出了更多的挑战。

关键词: 超声速流动, 湍流燃烧, 火焰面模型, 概率密度函数方法, 大涡模拟

Abstract:

The high-fidelity numerical simulation is considered as a useful approach to understand the turbulence-chemistry interactions in supersonic turbulent combustion and it can be used as a predictive model for engine design in engineering applications. In numerical simulations, large-eddy simulation and Reynolds averaged Navier-Stokes simulation require to model the effects of the motion and chemical reactions at small scales on large scale motions. The existing turbulence-chemistry interaction models can be classified into two types: the flamelet-like model and the probability density function model. Both types have their own advantages and weaknesses in different applications. In addition, most of the existing models are based on low-Mach-number combustion, while the supersonic combustion involves more complex processes such as rapid mixing, local extinctions/re-ignitions and shock waves, which pose significant challenges to the modeling of turbulence-chemistry interactions.

Key words: supersonic flow, turbulent combustion, flamelet model, probability density function method, large-eddy simulation

中图分类号: