《碳氫燃料超聲速燃燒機理構建和實驗驗證》是依託四川大學，由李象遠擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：碳氫燃料超聲速燃燒機理構建和實驗驗證
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：李象遠
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳氫燃料燃燒反應機理的構建是近空間飛行器超燃發動機計算流體力學設計的必要條件，我國在此方面基礎研究相當薄弱。本項目研究內容包括：結合數據挖掘和量子化學計算，在微觀層次上研究複雜反應，構建高精度碳氫燃料動力學和熱力學資料庫；考察和評價高碳烴反應類型，構建複雜機理網路，開發燃燒反應機理自動生成等計算機軟體；構建典型高碳烴和煤油多組分替代物的熱裂解和燃燒詳細反應機理; 結合化學簡化和數學簡化法實現複雜機理的簡化;用反射激波點火延遲實驗和自由基發射光譜實驗研究和驗證燃燒機理；採用簡單計算流體力學模擬最佳化動力學模型。通過理論化學、化學動力學、物理力學和計算流體力學的交叉研究，構建自主的碳氫燃料反應基礎資料庫和機理生成軟體，從基元反應出發考察燃燒對湍流結構的影響，構建發動機設計的燃燒機理基礎研究平台，改變我國在燃燒基礎研究領域相對落後的現狀，提升我國在航空發動機設計套用方面的創新能力。
結題摘要
本項目的研究目標是實現單組分高碳碳氫化合物和煤油多組分替代物的熱裂解和燃燒詳細反應機理生成和機理簡化，通過反射激波點火延遲實驗、典型自由基發射光譜實驗和簡單計算流體力學模擬，驗證和最佳化動力學模型，構建超燃衝壓發動機、航空發動機設計的燃燒機理平台，提升我國在燃燒反應動力學模擬研究方面的創新能力。 本項目取得了以下主要結果：（1）構建了我國第一套燃燒機理自動生成程式Reaxgen(國家著作權局著作權登記證號：2011SR025157)；（2）得到了熱力學參數與動力學參數資料庫，編制了資料庫管理等軟體，發展了大分子熱力學參數與反應動力學參數計算方法；（3）基於機理自動生成程式和資料庫，構建了多種鏈烷烴、環烷烴和航空替代燃料的裂解和燃燒詳細機理；（4）測量到了多個單組分燃料燃燒過程中中間產物自由基在微秒量級的瞬態發射光譜，經光譜分析和指認確認了燃燒過程中的重要小自由基是OH、CH和C2；將測量的單組分燃料和航空替代燃料點火延遲結果與燃燒機理模擬結果進行對比，證明了自主構建反應機理的可靠性，達到了預期精度；（5）開發了碳氫燃料燃燒反應動力學機理自動簡化軟體ReaxRed1.0（中國計算機軟體著作權登記號：2014SR052906），實現了詳細機理到框架機理、框架機理到全局簡化機理的系統簡化。該方法被用於國產RP-3的燃燒機理簡化並獲得了包含26個組分21步總包反應的的全局簡化機理，該機理被用於發動機的設計，並簡化了一系列單組分裂解和燃燒詳細機理；（6）燃燒機理的超聲速燃燒仿真；（7）燃燒室內超聲速燃燒流場RANS方程計算程式開發。此外，我們還建立了（8）碳氫燃料的亞臨界裂解新方法，（9）燃料高溫裂解氣熱物性測定新方法，為超聲速條件下碳氫燃料的裂解和燃燒特性的研究奠定了基礎。 到目前為止，已在《Combustion and Flame》、《Energy & Fuels》、《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》、《Proceedings of the Combustion Institute》、《Journal of Physical Chemistry A》等國內外重要刊物上發表38篇論文，並培養博士後1名，博士研究生9人（已畢業5人），碩士生15人(已畢業12人)。該研究已經按預定計畫很好地完成，達到了項目的預期目標。
