Dul chun cinn taighde ar fheidhmíocht aerdinimiciúil seomra dócháin innill aerárthaí bunaithe ar insamhalta mór eddy
Tá an seomra dócháin ar cheann de na príomh -chomhpháirteanna d'inneall aerárthaigh, agus tá ról ríthábhachtach ag feidhmíocht aerdinimiciúil an tseomra dócháin i bhfeidhmiú an innill iomláin. D'fhonn freastal ar riachtanais theicniúla atá ag éirí níos déine an innill don seomra dócháin, tá an modh eagraíochta dócháin agus tréithe sreafa taobh istigh den seomra dócháin tar éis éirí an -chasta. Féadfaidh próiseas luasmhoillithe agus brú an diffuser aghaidh a thabhairt ar scaradh sreafa faoi ghrádán brú láidir láidir; Téann an t-aer-sreabhadh trí ghléas swirl ilchéime chun struchtúr vortex ar scála mór a chruthú, a chuireann an breosla leachtach chun cinn ar an lámh amháin agus a chruthaíonn meascán pulsating, neamhshuimiúil leis an mbreosla, agus ar an taobh eile cruthaíonn sé lasair ina stad sa chrios athchúrsála aeraidinimiciúil; Idirghníomhaíonn na scairdeanna iolracha den phríomh-dhóchán/an poll measctha leis an sreabhadh cliathánach san fheadán lasair chun péire vortex frith-rothlach a dhéanamh, a bhfuil tionchar tábhachtach aige ar mheascadh suaite. Ar bhonn sreafa, déantar próisis fhisiceacha agus cheimiceacha il-scála amhail adamháil agus galú, meascadh, imoibriú ceimiceach, agus idirghníomhaíocht idir suaiteacht agus lasair a chúpláil go láidir, a chinneann saintréithe aerdinimiciúla an tseomra dócháin. Bhí samhaltú agus ríomh ardchruinnithe na bpróiseas fisiciúil agus ceimiceach seo i gcónaí ina ábhar te de thaighde sa bhaile agus thar lear.
Forbraíonn agus forbraíonn na próisis adamhaithe, galaithe, measctha agus dócháin sa seomra dócháin i dtimpeallacht sreafa tuirseach, mar sin is é sreabhadh an bunús le haghaidh insamhalta feidhmíocht aerdinimiciúil an tseomra dócháin. Is é an tréith bhunúsach a bhaineann le suaiteacht ná go dtaispeánann na paraiméadair sreafa pulsation randamach mar gheall ar an bpróiseas comhiompair neamhlíneach. Tá go leor struchtúr vortex i suaiteacht. Tá na réisí de vortices difriúla i scálaí faid agus ama ollmhór, agus de réir mar a mhéadaíonn líon Reynolds, méadaíonn na réisí idir scálaí go géar. De réir chomhréir na struchtúr vortex suaite a réitítear go díreach, roinntear modhanna insamhalta suaiteachta ina n-insamhalta uimhriúil díreach (DNS), ar mheán na Navier-Stokes (RANS), insamhalta mór eddy (LES) agus modhanna insamhalta maolaithe measctha. Réitíonn an modh RANS, a úsáidtear go forleathan san innealtóireacht, an meánpháirc shuaite agus úsáideann sé samhail chun gach eolas pulsation suaite a ionsamhlú. Tá an méid ríofa beag, ach tá an cruinneas lag. Maidir le próisis shuaite agus sreafa neamhshuimiúla láidre sa seomra dócháin, ní féidir le RANanna riachtanais an dearaidh scagtha a chomhlíonadh. Chuir Pitsch in iúl go bhfuil castacht ríomhaireachtúil LES idir RANS agus DNS, agus go n -úsáidtear é faoi láthair le haghaidh ríomhanna dócháin suaite i spásanna neamhshrianta le huimhreacha meánmhéide agus íseal Reynolds. Mar gheall ar an scála beag suaiteachta i limistéar gar-bhalla an tseomra dócháin agus uimhir ard Reynolds an tsreafa, tá an méid greillí a theastaíonn le haghaidh ríomh ceann amháin den seomra dócháin ina n-aonar sna céadta milliún go billiúin. Cuireann tomhaltas acmhainní ríomhaireachta ard den sórt sin teorainn le húsáid fhorleathan LES in insamhaltaí seomra dócháin.
Is treocht thábhachtach i insamhalta uimhriúil é samhlacha agus modhanna ríofa ard-bheachtais a bhunú bunaithe ar an insamhalta insamhalta an-mhór (VLES) agus ar chreataí modh Hibrid RANS-LES. An modh VLES a d'fhorbair Han et al. Réitíonn an fhadhb a bhaineann le héifeachtúlacht ríomhaireachtúil íseal de bharr scála eangaí a scagadh agus srianta meaitseála scála suaiteachta a réiteach i LES thraidisiúnta, agus tuigeann sé samhaltú cúplála idir tréithe il-scála suaiteachta, tréithe éabhlóid neamhbhuan, agus réiteach greille. .
Mar sin féin, i gcomparáid le LES thraidisiúnta, ní dhearnadh staidéar forleathan ar theoiric agus ar thréithe na VLEanna. Tugann an páipéar seo isteach go córasach teoiric samhaltaithe VLES agus a éifeachtaí feidhmithe i gcásanna fisiciúla éagsúla a bhaineann le seomraí dócháin, ag cur cur i bhfeidhm mórscála VLES i réimse insamhalta seomra dócháin innill aerárthaigh.
Modh mór insamhalta eddy
Léirítear tionchar na modhanna insamhalta suaiteachta ar thomhaltas agus ar mhúnlaí acmhainní a ríomh i bhFigiúr 1. Baineann modhanna RAN, LES agus VLES go léir insamhalta sreafa trí shamhaltú suaiteachta. Ba chóir a thabhairt faoi deara gur thug an Pápa an sainmhíniú soiléir is luaithe ar VLEanna, a thagraíonn do "go bhfuil an scála eangaí ríomhaireachtúil ró -gharbh ionas go mbeidh an fuinneamh cinéiteach suaite a réitítear go díreach níos lú ná 80% den fhuinneamh cinéiteach iomlán cinéiteach". Ag an am céanna, is é an bhrí atá le Les a thugann an Pápa [6] ná "Tá an eangach ríomhaireachtúil an -bhreá ionas go mbeidh an fuinneamh cinéiteach suaite a réitítear go díreach níos mó ná 80% den fhuinneamh cinéiteach suaite iomlán". Mar sin féin, ba chóir a thabhairt faoi deara gur modh ríomhaireachta nua é na VLEanna a tugadh isteach san Airteagal seo a athmhúnlaíodh agus a forbraíodh ar bhonn an mhodha roimhe seo. Cé go bhfuil na hainmneacha mar an gcéanna, tá an modh nua VLES difriúil go bunúsach leis an modh VLES atá sainithe ag an bPápa. Mar is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr, is iad na modhanna traidisiúnta suaiteachta ná rans, úráin, ranna hibrideacha/les, les, agus DNS in ord cruinneas ríofa. Faoin gcreat nua samhail, roinntear na modhanna suaiteachta ina n -airgead, VLES, agus DNS in ord cruinnis ríofa. Is é sin, tuigeann an modh VLES aontú na modhanna il -shuaiteachta traidisiúnta, agus aistríonn samhlacha difriúla go hoiriúnach agus tiontaíonn siad go réidh de réir tréithe áitiúla i ríomhanna iarbhír.
Insamhladh ar ghnáthphróisis fhisiciúla sa seomra dócháin
Insamhladh an -mhór eddy ar shreabhadh láidir guairneáin
Is iondúil go nglacann seomra dócháin innill aerárthaigh le foirmeacha eagraíochta allamuigh sreafa amhail guairneán ilchéime agus guairne láidir. Is é sreabhadh guairne an fhoirm sreafa is bunúsaí sa seomra dócháin. Ós rud é go bhfuil an guairneán ceannasach sa treo sreafa agus sa treo tadhlach, tá anisotrópacht níos láidre ag an bíog shuaite de shuaitheadh ná sreabhadh píopaí traidisiúnta, sreabhadh cainéal agus sreabhadh scaird. Dá bhrí sin, is dúshlán mór é an insamhalta uimhriúil de shuaitheadh don mhodh insamhalta suaiteachta. Xia et al. D'úsáid sé an modh VLES chun an sampla sreafa clasaiceach láidir swirl a ríomh san fheadán; Dellenback et al. [14] rinne siad turgnaimh allamuigh ar an sampla seo agus bhí sonraí turgnamhacha mionsonraithe acu. Is é an sreabhadh Reynolds uimhir an tsampla ríofa ná 1. Úsáidtear dhá shraith de ghreillí struchtúrtha sa ríomh. Is é líon iomlán na ngreillí tanaí (M1) ná thart ar 900, 000 agus is é líon iomlán na ngreillí criptithe (M2) ná 5.1 milliún. Déantar na torthaí a fhaightear trí ríomh a chur i gcomparáid leis na torthaí turgnamhacha chun cruinneas ríofa an mhodha VLES a fhíorú.
Léirítear i bhFigiúr na torthaí ríofa ar mhodhanna difriúla agus ar thorthaí turgnamhacha dáileadh gathacha an mheán -treoluas agus an treoluas pulsating ag suíomhanna difriúla iartheachtacha faoi shreabhadh swirling láidir. Mar is léir ón bhfigiúr, taispeánann an réimse sreafa vortex cumaisc tipiciúil cosúil le Rankin ag aistriú de réir a chéile go dtí vortex coirp dochta amháin. Agus comparáid á déanamh idir an ríomh agus na torthaí turgnamhacha, is féidir a fháil amach go bhfuil cruinneas ard ríofa ag an modh VLES chun treoluas imlíne an tsreafa láidre láidir a thuar, atá i gcomhaontú maith le dáileadh na dtomhas turgnamhach. Tá diall an -mhór ag an modh traidisiúnta RANS i ríomh sreafa guairne agus ní féidir leis éabhlóid spásúil an pháirc sreafa guairne agus an bhuille suaite a thuar i gceart. I gcomparáid leis sin, tá cruinneas an -ard ag an modh VLES i réamh -mheastachán ar an meánpháirc treoluas, ar an réimse treoluas agus ar éabhlóid spásúil faoi shreabhadh casta swirling casta, agus is féidir leis cruinneas ard ríofa a ráthú fiú ag réiteach greille sách tanaí. Chun an meán -treoluas a thuar, tá torthaí ríofa an mhodha VLES comhsheasmhach go bunúsach ag dhá shraith de rúin greille tanaí agus dhlúth.
Insamhladh mór eddy de dhóchán suaite
D'fhonn staidéar a dhéanamh ar fhéidearthacht an mhodha VLES chun fadhbanna dócháin suaite a thuar [15-16], forbraíodh samhail dócháin suaite bunaithe ar an modh VLES mar aon leis na múnlaí flamelet a ghintear (FGM). Is é an bun-smaoineamh ná glacadh leis go bhfuil struchtúr lasair laminar aonthoiseach ag an lasair shuaite go háitiúil, agus is é an dromchla lasair suaite meán ensemble sraith dromchlaí lasair laminar. Dá bhrí sin, is féidir an spás comhpháirte ardtoiseach a mhapáil go patrún sreafa ísealthoiseach atá comhdhéanta de roinnt athróg tréithiúil (codán meascán, athróg dul chun cinn imoibriúcháin, etc.). Faoin gcoinníoll a bhaineann leis an meicníocht imoibriúcháin mhionsonraithe a bhreithniú, laghdaítear líon na gcothromóidí iompair atá le réiteach go mór, rud a laghdaíonn an costas ríomhaireachtúil go mór.
Is é an próiseas forfheidhmithe sonrach an tábla sonraí laminar FGM a thógáil bunaithe ar na hathróga codán meascán agus ar dhul chun cinn imoibriúcháin, déan machnamh ar an idirghníomhaíocht idir dóchán suaite trí an modh feidhme dóchúlachta a chomhtháthú chun an tábla sonraí laminar a chomhtháthú, agus dá bhrí sin an tábla sonraí suaite a fháil. Sa ríomh uimhriúil, réitítear cothromóidí iompair an chodáin mheascáin, athróga dul chun cinn imoibriúcháin agus an t -athraitheas comhfhreagrach, agus faightear an fhaisnéis allamuigh dócháin tríd an tábla sonraí suaite a cheistiú.
Baineadh úsáid as an tsamhail dócháin shuaite bunaithe ar VLES agus FGM chun ríomhaireachtaí uimhriúla a dhéanamh ar an scaird -lasair meatáin/aer -shuaite (lasair D) arna thomhas ag an tsaotharlann Sandia sna Stáit Aontaithe, agus rinneadh comparáidí cainníochtúla leis na sonraí tomhais turgnamhaí. Is meascán iomlán de mheatán agus de aer é an t -ábhar breosla den sampla Sandia Flame D (uimhir Reynolds) le cóimheas toirte de 1: 3, tá an treoluas ionraoin breosla thart ar 49.9 m/s, agus is é an treoluas múscailte ná thart ar 11.4 m/s. Is meascán de mheatán agus aer dóite é an lasair dleachta, agus is aer íon an t -ábhar múscailte. Baineann an ríomh úsáid as greille struchtúrtha, agus tá líon iomlán na ngreillí thart ar 1.9 milliún.
Léirítear i bhFíor 5 dáileadh an mhais -mhais de chomhpháirteanna difriúla feadh na haise. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr go bhfuil tuar na bpríomh -chomhpháirteanna den phróiseas dócháin ag an modh VLES i gcomhaontú maith leis na torthaí turgnamhacha. Léirítear dáileadh scaipthe na teochta ag suíomhanna difriúla iartheachtacha sa spás codán meascán i bhFigiúr 6. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr go bhfuil an treocht dáileacháin scaipthe atá tuartha ag an modh VLES comhsheasmhach go bunúsach leis na torthaí turgnamhacha, agus níl ach an luach tromchúiseach teochta ríofa beagán níos airde ná an luach turgnamhach. Léirítear i bhFíor 7 dáileadh na feidhme rialaithe mheandaracha, teochta agus rialaithe réitigh arna ríomh ag VLES, áit a nglactar an líne sholadach mar ZST {=0. 351. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr go dtaispeánann an croí -limistéar scaird -scaird pulsation láidir suaite, agus de réir mar a fhorbraíonn an réimse sreafa síos an sruth, méadaíonn scála an struchtúir vortex de réir a chéile. Mar is léir ó Fhigiúr 7 (b) agus (c), sa chuid is mó de na limistéir imoibriúcháin cheimiceacha, tá an fheidhm rialaithe réitigh idir 0 agus 1, ag léiriú gur féidir leis an réiteach eangaí áitiúil suaiteacht mhórscála a ghabháil agus gan ach suaiteacht ar scála beag a ionsamhlú tríd an tsamhail. Ag an am seo, iompraíonn VLES mar mhodh tuaslagáin insamhalta mór eddy. Sa chiseal lomadh scaird agus ar imeall seachtrach an lasair iartheachtach, tá an fheidhm rialaithe réitigh gar do 1, ag léiriú go bhfuil an scála scagaire teasctha den eangach ríomhaireachta níos mó ná an scála suaiteachta áitiúil. Ag an am seo, iompraíonn VLES mar mheán -mhodh tuaslagáin neamhshuimiúil Reynolds. Go hachomair, is féidir a fheiceáil gur féidir leis an modh VLES claochlú modhanna tuaslagáin il-suaiteachta a bhaint amach de réir thréithe fíor-ama éabhlóid an struchtúir vortex, agus is féidir leis an bpróiseas dócháin neamhshuimiúil a thuar go cruinn i lasracha suaite.
Insamhladh mór eddy ar an bpróiseas iomlán adamhaithe
Is breosla leachtach an chuid is mó den bhreosla a úsáidtear i seomra dócháin innill aerárthaigh. Téann breosla leachtach isteach sa seomra dócháin agus déantar próisis adamhaithe príomhúla agus tánaisteacha. Tá go leor deacrachtaí ann maidir leis an bpróiseas iomlán adamhach breosla leachtaigh a ionsamhlú, lena n-áirítear an chumraíocht chomhéadain topological dhá chéim gáis-leacht, dífhoirmiúchán colún leachtach agus réabadh, éabhlóid briseadh na mbandaí leachtacha agus filiméid leachtacha a bhriseadh isteach i mbraoiníní, agus an idirghníomhaíocht idir sreabhadh suaite agus braoiníní. D'fhorbair Huang Ziwei [19] samhail iomlán insamhalta próisis adamhach bunaithe ar an modh VLES mar aon le modh ríofa adamhach hibrideach VOFDPM, ag baint amach an insamhalta uimhriúil iomlán ar adamh breosla ó leacht leanúnach go braoiníní scoite.
Baineadh úsáid as samhail insamhalta próisis adamhach nuafhorbartha chun ríomhaireachtaí uimhriúla ardchruinnithe a dhéanamh ar an bpróiseas adamhach colúin leachtach leachtach clasaiceach, agus rinneadh comparáid mhionsonraithe leis na torthaí turgnamhacha sa litríocht oscailte [2 {{6}] agus na torthaí móra ríofa insamhalta eddy [21]. Sa sampla ríofa, is é an chéim gháis ná aer le treoluasanna 77.89 agus 110.0 m/s, faoi seach, agus is uisce leachtach é an chéim leachtach le treoluas 8.6 m/s. Is iad na huimhreacha comhfhreagracha Weber ná 100 agus 200, faoi seach. D'fhonn an próiseas briseadh tánaisteach tánaisteach a insamhladh níos fearr, glacann an tsamhail bhriseadh le samhail Kelvin-Helmholtz agus Rayleigh-Taylor (KHRT).
Léirítear an próiseas iomlán adamhaithe atá tuartha ag VLES faoi choinníoll Uimhir 100 Weber i bhFíor 8. Mar is léir ón bhfigiúr, cruthaítear bileog tanaí de cholún leachtach sa limistéar tosaigh, agus ansin briseann an colún leachtach isteach i mbannaí leachtacha agus i bhfiliméid leachtacha, agus briseadh isteach i mbraoinigh faoi ghníomh na bhfórsa aerodynamic, agus tá na braoiníní briste i mbraoinigh. Léirítear i bhFíor 9 an dáileadh treoluas srutha agus an dáileadh vorticity spanwise arna ríomh ag VLES faoi choinníoll Uimhir 100 Weber. Is féidir é a fháil ón dáileadh vorticity mheandarach go dtaispeánann an taobh leideanna den cholún leachtach struchtúr láidir vortex, agus cuireann an tairiscint láidir suaite sa chrios athfhillte íseal-luais le réabadh an bhileog cholúin leachta agus foirmiú braoiníní.
Léirítear i bhFíor 10 an cóimheas idir an trastomhas tosaigh go dtí an toise íosta sreafa den scaird leachtach nuair a thosaíonn an colún leachtach ag briseadh suas faoi uimhreacha difriúla Weber. Is é DI an toise sreafa íosta den scaird leachtach nuair a thosaíonn an colún leachtach ag briseadh suas, agus is é D3 an chéad trastomhas leacht leacht. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr go bhfuil na torthaí ríofa VLES i gcomhaontú maith leis na torthaí turgnamhacha, atá níos fearr ná an ríomh mór insamhalta eddy sa litríocht [21].
Éagobhsaíocht dócháin insamhalta an -mhór eddy
D'fhonn riachtanais na n -astaíochtaí ísle a chomhlíonadh, is iondúil go ndéantar seomraí dócháin aerárthaí sibhialta a dhearadh le dóchán leanúnach nó páirtithe go páirteach. Mar sin féin, tá droch -chobhsaíocht ag dó dóchán réamh -mheasta agus tá seans maith ann go spreagfaidh sé modhanna dócháin ascalaithe teirmea -fhíseach, as a dtiocfaidh éagobhsaíocht dócháin. Tá éagobhsaíocht dócháin an -millteach agus d'fhéadfadh fadhbanna cosúil le flashback agus dífhoirmiúchán soladach a bheith ag gabháil léi, rud atá ina fhadhb shuntasach atá os comhair dearadh seomra dócháin.
Is féidir an ríomh uimhriúil ar éagobhsaíocht dócháin a roinnt ina dhá chatagóir: modh díchúplála agus modh cúplála díreach. Déanann an modh tuartha éagobhsaíochta díchúpláilte díchúpláil an dóchán neamhshuimiúil agus na réitigh fuaimiúla. Éilíonn dóchán neamhshuimiúil líon mór samplaí ríofa uimhriúla chun feidhm iontaofa lasair a thógáil. Má úsáidtear an modh mór ríofa insamhalta eddy, tá a thomhaltas acmhainní ríomhaireachta ró -mhór. Tá an modh ríofa cúplála díreach bunaithe ar an modh tuaslagáin chomhbhrúite, agus faigheann sé go díreach toradh éagobhsaíochta dócháin trí ríomh neamh-bheachtais ardchruinnithe, is é sin, an próiseas ríofa cúplála de dhóchán neamhshuimiúil agus fuaimíocht faoi choinníollacha oibre a thugtar comhlánaithe ag aon am amháin laistigh den chreat ríofa céanna.
Sa staidéar ar insamhalta uimhriúil díchúplála éagobhsaíochta dócháin, tá Huang et al. D'fhorbair [27] samhail ríofa éagobhsaíochta dócháin bunaithe ar an modh VLES mar aon leis an modh ríofa lasair ramhraithe, agus bhain sé tuar cruinn ar an bpróiseas dócháin neamhshuimiúil faoi excitation fuaimiúil. Is é atá sa sampla ríofa ná lasair eitiléine/aer atá ina shean -chomhlacht maol a d'fhorbair Ollscoil Cambridge, le cóimheas coibhéise de 0. Sraitheanna lomadh istigh agus seachtrach agus forbraíonn siad ina bpéire vortex frith-rothlach. Sa phróiseas seo, leanann éabhlóid na próifíle lasair atá múnlaithe ag beacán ag forbairt le hathrú na huillinne céime. Déanann torthaí ríomh VLES na tréithe éabhlóid lasair a breathnaíodh sa turgnamh a atáirgeadh go maith. The comparison of the amplitude and phase difference of the heat release rate response under 160 Hz acoustic excitation obtained by different calculation methods and experimental measurements is shown in Figure 13. In the figure, Q' and Q͂ are the pulsating heat release and average heat release of combustion, respectively, A is the amplitude of sinusoidal acoustic excitation, and the ordinate of Figure 13 (b) is the phase difference between the transient heat release signal of combustion under acoustic excitation and An comhartha excitation treoluas ionraoin. Mar is léir ón bhfigiúr, tá cruinneas tuartha an mhodha VLES inchomparáide le cruinneas insamhalta mór eddy [28], agus tá an dá cheann acu ag teacht go maith leis na luachanna turgnamhacha. Cé go gcreideann an modh RANS neamhshuimiúla treocht an fhreagra neamhlíneach, téann na torthaí cainníochtúla ríofa go mór ó na luachanna turgnamhacha. Maidir leis na torthaí difríochta céime (Fíor 13 (b)), tá treocht na difríochta céime atá tuartha ag an modh VLES leis an aimplitiúid suaite go bunúsach ag teacht leis na torthaí turgnamhacha, agus ní thuar na torthaí móra insamhalta eddy an treocht thuas go maith.
