緩燃向爆震轉捩過程中湍流與燃燒的相互作用

《緩燃向爆震轉捩過程中湍流與燃燒的相互作用》是依託江蘇大學，由潘劍鋒擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：緩燃向爆震轉捩過程中湍流與燃燒的相互作用
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：潘劍鋒
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

脈衝爆震發動機（PDE）被認為是一種極具潛力的空天動力推進裝置，高頻快速起爆是該發動機的關鍵技術問題之一，但迄今對這一過程的認識還很不足，尤其對緩燃向爆震轉捩（DDT）過程中湍流與燃燒的相互作用感到困惑。本項目以DDT過程中湍流與燃燒的相互作用為基礎科學問題，採用理論分析、實驗測試與數值模擬相結合的方法進行系統深入研究。通過本項目的研究，將獲得DDT過程中燃料燃燒的基礎數據，獲得燃燒過程中溫度、壓力及湍流強度等重要參數的變化，確定流動環境中激波與能量釋放同步放大(SWACER)的形成條件，弄清受限空間內湍流流場演變的內在規律，剖析湍流強度等因素對火焰發展以及DDT過程的影響規律，闡明湍流和燃燒的耦合作用機制，建立耦合反應動力學機理的爆震波生成模型，明確不同燃料的起爆條件，並力爭獲得實現快速DDT的方法。本項目的實施對完善和豐富爆震燃燒理論具有重要意義，並將對相關燃燒技術的發展產生積極影響。

結題摘要

脈衝爆震發動機被認為是一種極具潛力的空天動力推進裝置，高頻快速起爆是該發動機的關鍵技術問題之一。本項目以DDT過程為研究對象，採用理論分析、實驗測試與數值模擬相結合的方法進行系統深入研究。通過研究，獲得了DDT過程中燃料燃燒的基礎數據，搭建了基礎實驗台並研究了不同燃料、不同氧化劑、不同壓力、當量比等條件下圓管、矩形狹縫、多層環形管道內的火焰傳播情況、爆轟波起爆特性及爆轟波傳播模式，獲得了燃料特性參數和初始條件對爆轟波起爆過程、爆轟波傳播速度及模式、爆轟波胞格等的影響規律;揭示了受限空間內湍流流速和壓力演變的內在規律，剖析了湍流強度等因素對火焰發展以及DDT過程的影響規律，研究了截面突縮管道內截面突縮對流場、火焰傳播及DDT特性的影響。建立耦合反應動力學機理的爆震波生成模型並進行了模型驗證，明確不同燃料的起爆條件，並基於該模型對流動環境下爆轟波的起爆過程進行了數值模擬，獲得了不同初始流速對爆轟波起爆及其傳播特性的影響規律；研究了圓環形擾流器和弧形擾流器的結構參數及分布情況對管道內火焰傳播特性、爆轟波起爆及其傳播特性的影響，並獲得了對應的規律；研究了不同當量比下摻混H2對CH4/O2爆轟特性的影響及流動特性的變化，還摻混臭氧，研究不同初始壓力下燃料與氧化劑摻混情況對微小管道內火焰傳播和DDT特性的影響，獲得了實現快速DDT的方法。本項目的實施對完善和豐富爆震燃燒理論具有重要意義，並將對相關燃燒術的發展產生積極影響。迄今為止，本項目達到預定研究目標。共發表學術論文15篇，其中SCI收錄論文7篇，並在Combustion and Flame 和 Proceedings of the Combustion Institute上發表論文各1篇。中華人民共和國教育部自然科學二等獎1項；申請發明專利5項，其中1項已獲授權。參加國際學術會議3次，國內學術會議3次。依託本項目培養在讀博士2名，在讀碩士3名。