航空发动机燃烧室数字孪生体系关键技术.docx

第38卷第7期航空动力学报Vol.38?No.7

2023年7月JournalofAerospacePowerJul.2023

文章编号：1000-8055（2023）07-1546-15??????????doi：10.13224/ki.jasp航空发动机燃烧室数字孪生体系关键技术

王方1，2，3，甘甜1，王煜栋1，金捷1，2，3

（1.北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机数值仿真研究中心，北京100191；

2.北航成都航空动力创新研究院，成都611930；

3.北京航空航天大学江西研究院，南昌330096）

摘???要：通过曲线坐标系浸没边界方法（IBM），在设计阶段可以实现对真实航空发动机燃烧室的高保

真虚实映射，保留全部几何结构信息。在IBM方法基础上，采用大涡模拟（LES）结合概率密度函数输运方程

湍流燃烧模型（TPDF），对双旋流燃烧室、某单头部直流燃烧室以及某折流燃烧室1/10模型进行真实结构仿

真，测试数字孪生体系关键技术的有效性。对比预测结果和实验结果，双旋流燃烧室的旋流器出口附近轴向、

径向、切向速度平均误差分别为15.7%、23.8%、15.0%；非稳态解析了真实直流燃烧室与折流燃烧室的详细湍

流燃烧场，出口温度分布的平均相对误差分别为11.66%和17.95%。因此基于虚实映射得到的燃烧室数字孪

生体系具有一定的有效性，该方法具有潜在的工程应用前景。

关?键?词：数字孪生；高保真建模；大涡模拟（LES）；概率密度函数输运方程湍流燃烧模型（TPDF）；

浸没边界方法（IBM）

中图分类号：V231.2?????文献标志码：A

Keytechnologyofdigitaltwinsystemforaero-enginecombustors

WANGFang1，2，3，GANTian1，WANGYudong1，JINJie1，2，3

（1.AeroengineNumericalSimulationResearchCenter，SchoolofEnergyandPowerEngineering，

BeihangUniversity，Beijing100191，China；

2.ChengduAerodynamicsInstituteofBeihangUniversity，Chengdu611930，China；

3.JiangxiResearchInstituteofBeihangUniversity，Nanchang330096，China）

Abstract:Thecurvilinearcoordinatesystem’simmersionboundarymethod(IBM)canbeusedto

realizehigh-fidelityvirtual-realmappingoftherealaero-enginecombustorinthedesignstage,andretain

allthegeometricstructureinformation.BasedontheIBMmethod,largeeddysimulation(LES)combined

withtransportedprobabilitydensityfunctionalturbulentcombustionmodel(TPDF)wasusedtosimulate

therealstructureofadouble-swirlercombustor,asingle-headmodelofathroughflowcombustorand1/10

modelofaslingercombustor,andtesttheeffectivenessofkeytechnologiesofthedigitaltwinsystem.

Comparedwiththepredictionandexperimentresults,theaverageerrorsofaxial,radialandtangential

velocitiesneartheoutletoftheswirlerofthedouble-swirlercombustorwere15.7%,23.8%and15.0%,

respectively.Thedetailedtu