燃燒仿真軟件(CHCFDLab)
燃燒仿真軟件CHCFDLab是一款針對氣體燃燒仿真的專用工具。支持多塊結(jié)構(gòu)化拼接網(wǎng)格求解N-S方程，用于全聲速域條件下氣體湍流燃燒的復雜流場計算及排放物預測。
圖 1 燃燒仿真軟件
一、功能特點
1. 理想氣體、混合熱力學理想氣體不可壓/可壓縮N-S流體方程求解，可精確預測亞、跨、超、高超音速范圍內(nèi)（0.01<Ma<24）的復雜流場（激波邊界層干擾、內(nèi)外流一體化）特性；
2. 化學反應動力學方程耦合N-S流體方程求解，可預測燃燒化學反應與湍流耦合的復雜流動問題。
二、特色優(yōu)勢
1. 擁有工程驗證的12種化學反應機理數(shù)據(jù)庫文件和3種組分氣體熱力學數(shù)據(jù)庫，包括單溫模型、雙溫模型和三溫模型，溫度適應范圍200K-20000K；
2. 空間和時間推進耦合、CARM計算機自動簡化技術(shù)和ISAT鏈表技術(shù)，對化學反應機理進行有效保真簡化，MPI分布式大規(guī)模并行，計算效率高；
3. 高精度、低耗散、激波間斷捕捉能力強的先進數(shù)值格式，包括3階MUSCL、6階WENO格式，計算精度高；
4. 集成RANS、DES、LES豐富的湍流模型和高效可靠的湍流化學耦合模型 。
三、精度驗證
高超聲速鈍頭-雙球錐組合體氣動熱
a. 計算模型
來流馬赫數(shù)Ma=6.0
單位長度雷諾數(shù)為Re=8×10e-6
無粘通量采用Edwards低耗散通量分裂格式LDFSS
圖 2 高超聲速鈍頭-雙球錐組合體幾何和網(wǎng)格模型
b. 計算結(jié)果
圖 3 高超聲速鈍頭-雙球錐組合體壁面壓力與熱流分布仿真結(jié)果與試驗及FLUENT對比
圖 4 高超聲速鈍頭-雙球錐組合體頭部壓力和溫度分布
四、典型案例
MSL返回艙再入大氣層氣動力、氣動熱仿真——高速飛行器大氣環(huán)境再入過程涉及高速、高溫、化學反應、激波、等諸多復雜物理現(xiàn)象，軟件提供的多種氣體模型及寬泛的熱力性質(zhì)數(shù)據(jù)范圍，能夠處理飛船以10馬赫的飛行速度返回大氣的過程。
圖 5 MSL返回艙再入馬赫數(shù)仿真結(jié)果
圖 6 飛行器鼻端流態(tài)分布于軸向力系數(shù)計算結(jié)果對比
沖壓發(fā)動機燃燒過程仿真——沖壓發(fā)動機作為一種高馬赫數(shù)飛行器的動力設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，但燃燒過程充滿了復雜的流動特征（如激波串、激波間相互干涉、激波邊界層干擾、橫向射流、交叉射流、燃燒膨脹、組分擴散、湍流燃燒等），軟件提供了經(jīng)過驗證的碳氫燃料的化學反應機理，和工程簡化且高效可靠的湍流燃燒模型，能更好適應燃燒流場的數(shù)值模擬。
圖 7 沖壓發(fā)動機燃燒過程仿真
燃氣輪機燃燒室計算——燃氣輪機的設(shè)計不再只關(guān)注燃燒效率、啟停特性、燃燒穩(wěn)定等問題，NOx排放甚至碳氧化物排放也成為了設(shè)計過程考慮的重要指標。軟件除了能夠滿足上述提及的傳統(tǒng)需求外，還能夠?qū)ξ廴疚镞M行詳盡的預測。不同于普通商用軟件的工程計算方法，軟件采用了氮氣與氧氣的詳盡反應機理來對NOx排放進行預測，不但能明確NOx的排放量，更能以流暢的方式揭示NOx的產(chǎn)生機理，使設(shè)計優(yōu)化做到有的放矢。
圖 8 燃氣輪機燃燒完成CH4和CO2質(zhì)量分數(shù)分布
圖 9 燃氣輪機燃燒完成速度分布
五、行業(yè)客戶
航空：沈陽飛機設(shè)計研究所、中國空氣動力研究與發(fā)展中心
航天：航天五院
