葉片式混合器之混合流研究

Abstract

本文旨在闡述渦流風扇引擎葉片式混合器混合流場的計算分析。數值程序 採用控制容積法求解密度加權、時間平均的Navier-Stokes 方程式，紊流 場以 k-ε模式模擬，為處理傳統直角交錯網格不易解決的不規則邊界， 本研究採用非正交曲線座標，並配置非交錯網格。方法的驗證透過與 Paterson在混合管段的實驗數據作比較，祇要在葉片混合器出口有合適的 實驗資料做為輸入的入口條件，可以獲致良好的預測值。整個計算過程中 ，計算區域不僅包含混合管段也囊括了葉片式混合器本身，為了說明混合 的機構與原理，選擇合流式、紆曲式及強制式混合器作為說明，結果顯示 強制式混合器尾緣所產生的流向渦流是促進混合最重要的流場結構，流向 渦流的強度則以環流量大小來描述，並定義了混合度評量混合過程的效果 。除了流向渦流，因為核心流和風扇流的速度差在剪力層中產生正向渦流 ，流向渦流和正向渦流在混合過程中的交互作用以及各自扮演的角色也在 文中詳細描述。另外也探討葉片混合器幾何形狀對混合過程的影響，經測 試後發現，軸向方向上的凹狀葉片有較大的斜率，引導出較強的渦流而獲 得較佳的混合效果；至於葉片尾緣的形狀，則以有較寬闊高速區域的正弦 形狀為佳，因其促成較好結構的渦流而強化混合的效果。