12、湍流喷雾燃烧的数值模拟：从模型构建到结果分析

湍流喷雾燃烧的数值模拟：从模型构建到结果分析

在工程领域，对湍流喷雾燃烧现象的深入理解和精确模拟至关重要。本文将详细介绍相关的数值模拟方法，包括网格独立性研究、不同模型的应用以及模拟结果与实验数据的对比分析。

1. 网格独立性研究

在进行模拟时，网格参数的确定是关键步骤。通过网格独立性研究，比较不同网格元素中与质量相关的平均温度。与传统的瞬态模拟不同，喷雾瞬态模型的耦合会改变结果。在这种情况下，注入到燃烧室的粒子特性（如尺寸、速度、轨迹、位置和碰撞模式）在每个时间步都会随机变化，导致化学反应释放的热量和燃烧室的整体温度也随之变化。因此，模拟结果将收敛到统计稳定状态，而不是稳定值。在这个状态下，解将在预测值（统计平均值）附近，并具有一定的方差。在网格独立性研究中，将使用模拟收敛得到的温度统计平均值来比较不同的网格元素。

2. 模型构建

2.1 湍流模型

在 RANS 模型中，通过质量和动量的平均输运方程进行流动计算。根据流动密度是否恒定，分别使用雷诺平均或法夫尔平均来求解方程。对于湍流流动，采用标准的低雷诺数 κ - ε 模型。该模型基于 Boussinesq 假设，用“湍流粘度”项来模拟残余应力张量的影响。它求解两个不同的输运方程，一个用于湍流动能，另一个用于能量耗散。选择该模型是因为其两方程方法、在这类问题中的通用性以及较低的计算成本。尽管雷诺应力模型在存在回流的问题中更常见，但由于流动中的弱旋流数，标准的 κ - ε 模型是合理的选择。
- 质量输运方程 ：
[
\frac{\partial \overline{\rho}}{\partial t} + \fra