《基於相構造混合分數的大尺度火焰淬熄模擬研究》是依託中國科學技術大學,由蔣勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名:基於相構造混合分數的大尺度火焰淬熄模擬研究
- 項目類別:面上項目
- 項目負責人:蔣勇
- 依託單位:中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
提出大尺度火焰淬熄動力學概念,研究基於相構造混合分數的數值模擬方法,包括:採用化學分析和燃燒場雷射診斷技術,進行火焰淬熄過程標量和速度的聯合測量;研究反映傳熱與傳質的Shvab-Zel'dovich形式守恆標量,構造描述多相反應流的混合分數,並研究該類型混合分數與Spalding數等無量綱參量之間的關係,推導出相應表達式;分析反應系統分層結構,構建各亞機理的資料庫,研究基於時間尺度分離的燃燒系統轉換理論,構築框架機理和簡化機理;採用一維全尺度湍流ODT和直接數值模擬DNS的計算值、以及實驗數據,構建基於混合分數特徵量的熱化學表,研究使用建表法的數值模擬技術;研究基於相構造混合分數的大渦模擬LES的數值格式及實現方法;模擬研究火焰淬熄過程的合成氣形成與CO等毒物釋放規律。通過以上研究,希望建立大尺度火焰淬熄的系統分析方法、以及基於混合分數的多相流計算理論,並揭示火焰淬熄過程的物理化學機理。
結題摘要
項目的背景國際上對於火焰抑制劑的效果評價,不論是相變抑制還是化學抑制,從理論上都是由其預混火焰的層流火焰速度來定量評價,而一大類火災是擴散燃燒,基於混合分數的燃燒模型是擴散火焰數值模擬的核心,但目前混合分數一般僅由燃料和氧化劑來定義,不能描述局部相變和關鍵火焰抑制組分濃度對燃燒的影響。我們採用相構造混合分數的概念來解決該難題,它不僅可以反映反應流中的混合與燃燒,而且能夠描述相變中的傳熱傳質,混合分數概念的引入又使得多相反應流數值模擬能夠與現代計算方法相聯繫。 主要研究內容採用先進的燃燒場雷射診斷技術,進行了精密測量;研究反映傳熱與傳質的Shvab-Zel'dovich 形式守恆標量,構造可以描述多相反應流的混合分數,並研究該類型混合分數與Spalding 數等無量綱參量之間的關係;分析反應系統分層結構,構建各亞機理的資料庫,研究基於時間尺度分離的燃燒系統轉換理論,構築框架機理和簡化機理;研究基於混合分數燃燒模型的高精度多維反應流數值模擬方法;研究湍流與複雜化學相互作用的機理研究的數值模型;海量數據分析方法研究及燃燒高保真資料庫建立。 重要結果發展了相關程式庫,完成了基於混合分數擴散火焰抑制的數值模擬研究平台建設,程式包括: (1)複雜化學的計算奇異攝動CSP分析和固有低維流形ILDM分析及其簡化; (2)複雜化學的直接關係圖法DRG和基於重要性水平LOI分析的簡化; (3)基於準穩態分析QSSA的總包機理的自動生成; (4)複雜化學與湍流作用機理分析的一維全尺度湍流ODT大規模高性能計算; (5)多維反應流直接數值模擬DNS; (6)基於大渦模擬LES的多維反應流大規模高性能計算; (7)考慮組分微分擴散的多維反應流大渦模擬LES; (8)海量高保真數據的CEMA分析。 發表了國際高區論文二篇,另二篇高區論文評審中。 關鍵數據 (1)獲得了雷射診斷的實驗數據;( 2)獲得了高性能計算的海量高保真數據。 科學意義火焰抑制是火災研究的重要內容,模型與數值模擬是火災動力學理論體系的主要內容之一,目前火焰抑制的方法較多,導致的研究分散。考慮火焰熄滅的共性理化因素是吸熱和鏈反應終止,採用擴展的相構造混合分數,利於統一研究共性問題並發展相關理論、以及理論指導下的產品研發。