喷射式反应器内燃烧流场数值模拟

作     者：史名宇 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱卫兵

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：数值模拟 表面燃烧 水下热动力 涡耗散模型 

摘      要：Li/SF6热源系统是一种由六氟化硫气体作为氧化剂,液态锂作为燃料的闭式循环动力系统,具有能量密度高、不受外界环境影响以及噪音小等优点。该系统因在标准操作压力下燃烧所生成的产物无需向外部排放,从而构成闭式循环而被看作是一种理想的水下动力系统,因此,对这方面的数值模拟研究具有一定的意义。本文的研究对象为表面喷射式反应器中SF6气体和锂液之间的燃烧过程,该反应器中金属锂以熔融态处于反应器下部,六氟化硫气体经位于反应器顶部的喷嘴进入反应器内并在锂液表面燃烧,其内部包括了非常复杂的物理化学过程。在对Li/SF6表面喷射式反应器进行瞬态燃烧模拟时,首先对模型进行了合理简化,采用标准k-ε模型模拟了反应器内部的湍流流动;燃烧模型则采用了涡耗散（EDM）模型;采用PISO算法计算了压力速度耦合并对反应流进行模拟。通过分析不同时刻燃烧过程中燃烧室内的压力场、速度场、温度场以及组分分布情况,得到了反应器内的燃烧规律,根据结果分析得到了锂液面处的化学反应速率最大、温度最高;燃烧产物不断产生并在回流漩涡的带动下向反应器两侧运动,最终在壁面附近累积并呈下沉趋势等结论。并在此基础上研究了SF6气体的入口质量流量以及锂液初温对喷射式反应器内燃烧流场的影响规律,结果表明入口质量流量的增大以及锂液初温的提升都能够提高反应器内的温度并提高系统的换热能力,但锂液初温对燃烧产物质量的变化规律影响较小。本文通过数值模拟方法研究了Li/SF6喷射式反应器内的流场分布与燃烧规律,分析了不同初始条件对燃烧流场的影响,其结果为该种闭式循环燃烧系统的结构设计以及优化提供了一定的指导。