Abstract
本文旨在以理論計算方法，分析側向進氣燃燒室內平均流場結構，研究範疇包括二維、軸對稱等溫流場、軸對稱暫態流場、三維等溫流場及三維燃燒熱流場。文中一般採用ｋ－ε紊流模式來解決紊流流場計算參數閉合問題，同時亦針對不同紊流模式參數及流場迴流、漩渦效應，評估不同紊流模式對平均流場結構的影響；另外，本文亦以數學解析方式，成功地推導紊流流場在固體邊牆附近的分布，證明一般紊流流場計算所採手的邊牆函數之數學基礎。經由本文之分析，成功地界定側向進氣燃燒室內主要平均流場結構，並在物理基礎上，獲得流場定量參數。在本文研究中，發覺側向入口角度及頂板位置對燃燒室內流場的影響最大，而在不同入口速度之下，流場結構則具有相似性性行為。在暫態流場分析中，發現暫態流場初始行為相當接近勢流流場行為，並可用勢流理論預測頂板區內迴流產生位置及迴流區發展的初期形狀。比較三維及軸對稱流場主要流場結構，發覺軸對稱流場不足以用來簡化三維流場，尤其是頂板區內的迴流結構，兩者有迴然相異的物理行為，對流場發展、動量傳遞的意義完全不同。然而，經由三維等溫流場及三維燃燒熱流場的比較，發現燃燒反應並不影響主要流場結構，說明等溫流場分析在工程設計上仍具參考價值。本文同時引介三維邊牆表面流線概念，成功地以流場結構觀點解釋邊牆上的溫度場分布。至於不同紊流模式的評估，ｋ－ε－Ａ模式在具有強烈迴流的頂板區內最能模擬流場結構，同時就紊流動能分布而言，ｋ－ε－Ａ模式之預測結果亦最接近實驗量測分布。不過，ｋ－ε－Ａ模式則相對地需要更多的電算機運算時間才可獲得收歛之數值結果。另外，本文亦藉由簡單的代數分析，以幾何概念及一維流場現象分別說明最佳頂板位置及流場不穩定性行為，在物理現象瞭解上，具有參考價值。上述本文研究主要結果，均建立在與實驗量測及流場觀測的合理定量比較基礎上，並且進而改進了前人對流場迴流結構預測之能力。