基于火焰面生成流形方法的多喷嘴液氧-甲烷燃烧室超临界燃烧动力学数值研究
流体动力学
2023-11-28 v1
摘要
本文采用大涡模拟（LES）研究了多喷嘴火箭尺度燃烧室中的液氧（LOx）-甲烷超临界燃烧动力学。引入真实气体热力学与火焰面生成流形（FGM）燃烧模型的复杂框架，以模拟跨临界氧喷射与超临界甲烷燃烧。使用基准 Mascotte 燃烧室、火箭燃烧建模（RCM）测试用例（即 RCM-3 (V04)/G2 测试用例）来验证 LES 框架中的真实气体 FGM 模型。验证研究准确复现了实验火焰结构与 OH 浓度，证明了 FGM 模型在 LOx-甲烷燃烧中纳入有限速率动力学的重要性。随后，该数值框架研究了一个专门设计的多喷嘴燃烧室，其包含七个双向旋流同轴喷嘴。分析捕捉了多个旋流喷嘴在超临界压力下运行的复杂流体动力学与燃烧动力学，有效展示了横向声波的激发，并考察了局部声速对燃烧室内声学模态演化的影响。主导频率模态有助于理解喷嘴在增强燃烧室动力学中的作用。谱分析揭示了由于可能的频率耦合所导致的上游喷嘴与燃烧室声学之间的相互作用。结果还凸显了燃料喷射温度对燃烧室稳定性的影响，揭示出较低燃料喷射温度伴随燃烧室纵向声学模态会出现剧烈的动力学活动。该研宄恰当地复现了较低燃料喷射温度下的自持极限环振荡，并印证了关于燃烧室不稳定性的传统认识。
引用
@article{arxiv.2311.15034,
title = {Numerical Investigation of Supercritical Combustion Dynamics in a Multi-Element LOx-Methane Combustor Using Flamelet-Generated Manifold Approach},
author = {Abhishek Sharma and Ashoke De and S. Sunil Kumar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.15034},
year = {2023}
}