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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。支持多塊結構化拼接網格求解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（0.01<Ma<24）的復雜流場（激波邊界層干擾、內外流一體化）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、特色優勢

 1. 擁有工程驗證的12種化學反應機理數據庫文件和3種組分氣體熱力學數據庫，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和ISAT鏈表技術，對化學反應機理進行有效保真簡化，MPI分布式大規模并行，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Ma=6.0

單位長度雷諾數為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格模型

b. 計算結果

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、等諸多復雜物理現象，軟件提供的多種氣體模型及寬泛的熱力性質數據范圍，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返回艙再入馬赫數仿真結果

圖 6 飛行器鼻端流態分布于軸向力系數計算結果對比

  沖壓發動機燃燒過程仿真——沖壓發動機作為一種高馬赫數飛行器的動力設備，其結構簡單，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值模擬。

圖 7 沖壓發動機燃燒過程仿真

 燃氣輪機燃燒室計算——燃氣輪機的設計不再只關注燃燒效率、啟停特性、燃燒穩定等問題，NOx排放甚至碳氧化物排放也成為了設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需求外，還能夠對污染物進行詳盡的預測。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的產生機理，使設計優化做到有的放矢。

圖 8 燃氣輪機燃燒完成CH4和CO2質量分數分布

圖 9 燃氣輪機燃燒完成速度分布

五、行業客戶

 航空：沈陽飛機設計研究所、中國空氣動力研究與發展中心

 航天：航天五院