佛罗伦萨大学

University of Florence

稀薄燃烧能显著减少NOx排放,但是在未来航空发动机中实现稀薄燃烧条件绝非易事。ANSYS CFD有助于工程师了解燃烧室-涡轮模块中所涉及的多物理场现象,从而提高高性能燃气轮机的设计。

问题:

稀薄燃烧技术是针对新一代低排放航空发动机燃烧室的一种很有前景的解决方案。通过燃烧区域中的稀薄燃料-空气混合物来控制最高温度,以限制NOx排放。这需要仔细设计喷射系统,其中对燃料破碎与混合的控制最为重要。具有大回旋流的火焰稳定器会与缸套冷却系统发生强烈的相互作用,由于缺乏冷却用的空气,这部分的热设计更具挑战性。此外,燃烧室空间小而且没有掺混孔,这会在燃烧室出口形成严苛的气动热条件。高度不均匀的温度模式和高湍流强度会产生不确定性,进而对发动机性能产生不利影响,因此必须在设计中包含较大的安全裕量。

解决方案:

HTC Group的研究人员使用ANSYS Fluent执行尺度求解仿真,以克服标准RANS模型在预测湍流混合方面的局限性。高保真度仿真可全面描述燃料破碎过程,从而为喷雾火焰的反应仿真提供精确的边界条件。这种方法成功重现了回旋流的流动物理学以及与燃烧室衬套的相互作用,从而改善热载荷预测结果并最终改善金属温度。仿真能重现热条纹的形成及其向涡轮机的传播,从而突出显示喷嘴冷却系统在真实条件下的实际性能,并实现更低的冷却剂消耗量。总之,燃烧室-涡轮机模块的固有多物理场特性证明了ANSYS软件的功能普遍适用于未来的低排放航空发动机设计。

使用软件: