燃烧仿真软件(CHCFDLab) 

  燃烧仿真软件CHCFDLab是一款针对气体燃烧仿真的专用工具。支持多块结构化拼接网格求解N-S方程，用于全声速域条件下气体湍流燃烧的复杂流场计算及排放物预测。

 图 1  燃烧仿真软件

一、功能特点

 1. 理想气体、混合热力学理想气体不可压/可压缩N-S流体方程求解，可精确预测亚、跨、超、高超音速范围内（0.01<Ma<24）的复杂流场（激波边界层干扰、内外流一体化）特性；

 2. 化学反应动力学方程耦合N-S流体方程求解，可预测燃烧化学反应与湍流耦合的复杂流动问题。

二、特色优势

 1. 拥有工程验证的12种化学反应机理数据库文件和3种组分气体热力学数据库，包括单温模型、双温模型和三温模型，温度适应范围200K-20000K；

 2. 空间和时间推进耦合、CARM计算机自动简化技术和ISAT链表技术，对化学反应机理进行有效保真简化，MPI分布式大规模并行，计算效率高；

 3. 高精度、低耗散、激波间断捕捉能力强的先进数值格式，包括3阶MUSCL、6阶WENO格式，计算精度高；

 4. 集成RANS、DES、LES丰富的湍流模型和高效可靠的湍流化学耦合模型 。

三、精度验证

  高超声速钝头-双球锥组合体气动热

a. 计算模型

来流马赫数Ma=6.0

单位长度雷诺数为Re=8×10e-6

无粘通量采用Edwards低耗散通量分裂格式LDFSS

图 2 高超声速钝头-双球锥组合体几何和网格模型

b. 计算结果

图 3 高超声速钝头-双球锥组合体壁面压力与热流分布仿真结果与试验及FLUENT对比

图 4 高超声速钝头-双球锥组合体头部压力和温度分布

四、典型案例

   MSL返回舱再入大气层气动力、气动热仿真——高速飞行器大气环境再入过程涉及高速、高温、化学反应、激波、等诸多复杂物理现象，软件提供的多种气体模型及宽泛的热力性质数据范围，能够处理飞船以10马赫的飞行速度返回大气的过程。

图 5 MSL返回舱再入马赫数仿真结果

图 6 飞行器鼻端流态分布于轴向力系数计算结果对比

  冲压发动机燃烧过程仿真——冲压发动机作为一种高马赫数飞行器的动力设备，其结构简单，但燃烧过程充满了复杂的流动特征（如激波串、激波间相互干涉、激波边界层干扰、横向射流、交叉射流、燃烧膨胀、组分扩散、湍流燃烧等），软件提供了经过验证的碳氢燃料的化学反应机理，和工程简化且高效可靠的湍流燃烧模型，能更好适应燃烧流场的数值模拟。

图 7 冲压发动机燃烧过程仿真

 燃气轮机燃烧室计算——燃气轮机的设计不再只关注燃烧效率、启停特性、燃烧稳定等问题，NOx排放甚至碳氧化物排放也成为了设计过程考虑的重要指标。软件除了能够满足上述提及的传统需求外，还能够对污染物进行详尽的预测。不同于普通商用软件的工程计算方法，软件采用了氮气与氧气的详尽反应机理来对NOx排放进行预测，不但能明确NOx的排放量，更能以流畅的方式揭示NOx的产生机理，使设计优化做到有的放矢。

图 8 燃气轮机燃烧完成CH4和CO2质量分数分布

图 9 燃气轮机燃烧完成速度分布

五、行业客户

 航空：沈阳飞机设计研究所、中国空气动力研究与发展中心

 航天：航天五院