《湍流預混燃燒反應標量小尺度混合規律基礎研究》是依託清華大學，由任祝寅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：湍流預混燃燒反應標量小尺度混合規律基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：任祝寅
- 項目類別：面上項目
- 批准號：51476087
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
現有標量小尺度混合模型由於沒有考慮化學反應對反應標量混合的影響，導致機率密度函式方法不能準確預測湍流預混燃燒中的局部熄火/再燃和NOx/CO生成。反應標量小尺度混合和化學反應互動作用機理是發展適用於湍流預混燃燒的混合模型亟需研究的關鍵科學問題。本項目從直接數值模擬數據出發，運用包含湍流擴散的低維火焰理論和方法，揭示小尺度湍流對火焰結構和反應標量耗散率影響機制，建立反應標量小尺度混合、湍流混合和化學反應之間的內在關聯，發展一個適用於各個預混燃燒狀態的混合模型，提升機率密度函式方法對預混燃燒的預測精度。同時完善詳細化學反應動力學高效計算的理論和方法，與大渦模擬/機率密度函式方法結合，解決最具挑戰的三個模擬難點：湍流、湍流/化學反應相互作用和詳細化學反應動力學，實現高效、高精度的湍流預混燃燒模擬，並用於揭示局部熄火/再燃及污染物生成的物理機制，為發展超低排放的預混燃燒技術提供理論和模擬方法。
結題摘要
現有標量小尺度混合模型由於沒有考慮化學反應對反應標量混合的影響，導致機率密度函式方法不能準確預測湍流預混燃燒中的局部熄火/再燃和NOx/CO生成。本項目從直接數值模擬數據出發，揭示了湍流預混燃燒中反應標量小尺度耗散機制，揭示了IEM和EMST混合模型在火焰面燃燒模式與破碎反應區燃燒模式下的顯著差異，為標量混合時間尺度的建模提供了理論支撐；建立了反應標量小尺度混合、湍流混合和化學反應之間的內在關聯，發展了一個適用於各個預混燃燒狀態的混合模型，該模型首次量化了預混燃燒中湍流混合和化學反應過程對反應標量混合的影響，先驗和後驗表明新發展的線性混合模型從建模上提升PDF方法對湍流預混燃燒的模擬精度；發展了自適應反應動力學、RCCE降維等新方法， 構建的自適應、智慧型化確定化學反應動力學加速方法的體系，大幅減輕化學反應動力學高效計算瓶頸，同時發展的反應-輸運耦合求解格式提升了數值模擬效率和精度；開展近極限湍流預混燃燒PPJB火焰的大渦/輸運機率密度函式模擬，量化了混合模型、解析度和差異擴散對於燃燒特性預測的影響規律，揭示了局部熄火/再燃及污染物生成的物理機制；最後運用包含湍流擴散的低維火焰理論和方法，揭示了小尺度湍流對火焰結構和反應標量耗散率影響機制，發展了基於火焰面的NOx預測模型，構建了湍流、燃料/空氣預混度/排放/停留時間的關係式，為發展超低排放的預混燃燒技術提供理論和方法，並對富氫和氨氣等發展了低排放燃燒技術。該項目已發表21篇SCI學術論文（其中Combustion and Flame 和 Proceedings of the Combustion Institute 10篇），EI論文5篇；參加國際學術會議並作報告15人次；畢業博士2，碩士2人。
