雾化过程的数值模拟研究综述.pdf

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1、第40卷第1期火箭推进V01．40．No．12014年2月JOURNALOFROCKETPROPULSIONFeb．2014雾化过程的数值模拟研究综述刘昌波1，周立新1，雷凡培2(1．西安航天动力研究所，陕西西安710100；2．中国航天科技集团公司，北京100037)摘要：雾化过程的数值模拟主要有3类方法：简单工程模型、准直接数值模拟和多尺度仿真。对这3类方法的基本思想、优缺点和研究应用等情况进行了全面的总结。雾化过程的多尺度仿真，对大块液体的运动采用准直接数值模拟的思想，对小于网格尺度的小液滴采用模型来封闭。这种方法不仅能够反映雾化过程的主要特性，而且计算量适中，已经成为雾化过程

2、数值模拟新的研究方向。关键词：雾化过程；数值模拟；多尺度仿真；液滴追踪方法中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)01—0010—08OverviewonnumericalsimulationsofprimaryatomizationLIUChang—b01，ZHOULi—xinl，LEIFan—pei2(1．Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China；2．ChinaAerospaceScienceandTechnologyCorporation，Beijing100037，China

3、)Abstract：Therearethreesimulationmethodsforprimaryatomization：simplifiedengineeringmodels，DNS(DirectNumericalSimulation)一likesimulationandmulti—scalesimulations．Fundamentalideas，advantagesanddisadvantages，applicationstatusofthethreemethodsaresummarizedthoroughlyinthispaper．Forthemulti-scalesimu

4、lationmethod，theblobslargerthanthegridvolumearecapturedbytheDNS—likemethod，andthosedropletssmallerthanthe面dvolumearetrackedbysimplemodels．Thismethodcancapturethemaincharacteristicsoftheprimaryatomization，anditscomputationalcostismoderate．Ithasbecomeanewresearchdirectionfortheprimaryatomizationp

5、rocess．Keywords：atomizationprocess；numericalsimulation；multi—scalesimulation；droplettrackingmethod收稿日期：2013—08—13；修回日期：2013—09—18基金项目：国家重大基础研究项目(613193)作者简介：刘昌波(1979一)，男，博士研究生，研究领域为液体火箭发动机设计第40卷第1期刘昌波，等：雾化过程的数值模拟研究综述110引言1简单工程模型在液体燃烧装置中，雾化是非常关键的准备过程，直接影响到燃烧效率和稳定性。工程中一般仅通过冷流喷雾试验获得喷注器的宏观统计特性，再根据经

6、验筛选少量喷注器，最终通过大量的热试车并不断修改喷注器的设计方案，直到满足设计要求。由于雾化过程异常复杂，其数值模拟在工程中的应用还非常有限，因此深入地开展雾化过程的数值研究是一项艰巨和长期的任务。根据雾化模型的复杂程度，可以将雾化过程的数值模拟分成三类：简单工程模型、准直接数值模拟和多尺度数值仿真。简单工程模型，主要指一些经验或半经验的雾化公式和一些简化的理论分析模型，如波动破碎模型【1I(“Wave”BreakupModel)、泰勒类比模型121(TAB，TaylorAnalogyBreakup)以及两者的衍生及耦合模型等。这些模型的优点是计算量小，便于与燃烧流场耦合计算。缺点也

7、非常明显，一般针对一种喷嘴发展一套经验系数(由于试验系统的差异，甚至会有几套经验系数)，因此这些模型的应用局限性非常大。准直接数值模拟，是采用界面捕捉技术直接识别射流的雾化过程，由于界面捕捉和湍流等方面的模拟依然采用模型来封闭，因此一般称为准直接数值模拟【3]。这类方法能够给出非常精细的雾化结构，对研究雾化机理具有重要的意义，但需要强大的计算工具才有可能开展研究。雾化过程的多尺度数值仿真，对大尺度的液团运动采用准直接数值模拟，能够获得大尺度液团精细的运动过