■ 张宏达 朱健 / 中国航发动力所 韩省思 / 南京航空航天大学

超大涡模拟是近年来新发展的一种数值模拟技术，具有计算精度高和适用性强的特点，同时对计算资源要求较小，将其应用于高温升燃烧室数值模拟，可解决复杂气动热力场精准辨析的瓶颈问题。

随着燃烧室性能的不断提高，其内部结构设计往往十分复杂，相应流场结构和燃烧特性亦十分复杂，如图1所示。燃烧室内流场结构呈现多尺度、多物理场、强耦合等特征。无论是主燃烧室还是加力燃烧室，均涉及两相燃烧过程，其中湍流、燃烧、燃油雾化蒸发、掺混等基础物理过程对燃烧具有决定性的影响，对这些物理化学过程进行高精度数值模拟是一项严峻的挑战。

图1 燃烧室内部燃烧过程大涡模拟结果

数值仿真技术

数值仿真技术是燃烧室设计的重要工具之一。相对于试验技术，数值仿真技术能够提供详细的流场信息，而且具有缩短研制周期、节约成本等优点。燃烧室数值模拟作为数值仿真领域内的典型代表，具有学科交叉广、复杂程度高等特点，目前主要发展了雷诺平均方法（RANS）、大涡模拟方法（LES）和直接数值模拟方法（DNS）等3种基本的数值模拟方法。

DNS不需要任何模型，直接求解所有的湍流和化学反应时间及空间尺度，具有最高的模拟精度，但计算资源消耗巨大，仅用于低雷诺数基础燃烧问题研究，短期无法应用于实际的燃烧室仿真计算。RANS方法针对湍流燃烧平均场进行求解，采用模型模化全部的湍流脉动信息，计算量小，但是精度较差，特别对于航空发动机燃烧室的强旋流、瞬态流动过程，RANS存在本质的缺陷，无法满足下一代航空发动机燃烧室的精细化设计要求。……