《超聲速可壓縮湍流與燃燒耦合作用的建模與分析》是依託北京航空航天大學，由高振勛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超聲速可壓縮湍流與燃燒耦合作用的建模與分析
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：高振勛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前，對超聲速流動中湍流與燃燒耦合作用的研究較為缺乏。一方面可描述超聲速流動中湍流脈動對化學反應影響的可壓縮湍流－燃燒封閉模型尚未發展成熟；另一方面燃燒放熱對湍流發展的抑制作用尚未在超聲速燃燒RANS數值模擬中得到考慮，迫切需要發展相應的可壓縮燃燒－湍流模型。本項目結合數值模擬與理論分析，提出開展超聲速流動中湍流與燃燒耦合作用的建模與分析研究。研究工作在分析流動可壓縮效應對火焰內部結構影響機理的基礎上，結合現有針對低速流動、擴散燃燒發展的湍流－燃燒模型，提出一種新的可壓縮修正形式，以建立可用於模擬複雜流動的可壓縮湍流－燃燒模型。另外，利用現有實驗數據以及DNS模擬結果，研究燃燒放熱效應對湍流結構影響的物理機理，建立可反映燃燒放熱對湍流抑制作用的可壓縮燃燒－湍流模型。針對所建立的可壓縮湍流－燃燒模型和燃燒－湍流模型，開展在典型超聲速燃燒流動中的套用研究，並分析流場中湍流與燃燒的耦合作用特徵
結題摘要
本項目旨在開展超聲速可壓縮流動中湍流與燃燒兩個物理過程相互作用的建模與分析研究，實際的研究基本按原計畫開展，但有所調整及延拓。研究內容主要集中在三方面：基於火焰面模型的可壓縮湍流燃燒模型建模研究、燃燒放熱效應對可壓縮湍流的影響研究以及超燃衝壓發動機內部湍流燃燒流動的數值模擬研究。 在基於火焰面模型的可壓縮湍流燃燒模型建模研究中，首先對火焰面模型開展了理論分析，研究了高馬赫數可壓縮效應對源於低速流動的火焰面模型模擬的影響機制，在此基礎上分別提出了兩種可壓縮湍流燃燒模型：基於互動式思想的火焰面模型以及可壓縮火焰面/進度變數模型，並開展了數值驗證工作。結果表明，互動式火焰面模型可有效反應當地可壓縮效應的影響，而可壓縮火焰面/進度變數更可準確捕捉自點火過程，同時對超聲速湍流燃燒流動的溫度、組分濃度的模擬精度較好。針對燃燒放熱效應影響可壓縮湍流機理開展的研究中，設計了包含擴散燃燒的超聲速可壓縮湍流邊界層流動模型，詳細研究了放熱效應對雷諾應力、壁面摩阻/熱流、速度/溫度壁面標度律的影響規律，並理論推導了考慮燃燒放熱效應的可壓縮湍流邊界層速度和溫度壁面標度律。最後，在超燃衝壓發動機內部湍流燃燒流動的數值模擬研究中，將以上可壓縮湍流燃燒模型套用於幾種實際發動機構型的數值模擬，並實現了對燃燒室內高溫燃氣輻射傳熱的計算。在此基礎上，對燃燒室內部的熱環境開展了分析，評估了壁面對流傳熱量與燃氣輻射傳熱量的相對大小，發現儘管輻射熱流具有可觀量級，但其對總熱流貢獻仍然較小（<5%）。 到目前為止，在Applied Thermal Engineering、Numerical Heat transfer A: Application, Combustion Theory and Modelling等雜誌上共發表SCI論文6篇，另有2篇SCI論文在審。此外，本項目研究過程中發展和完善的CFD程式ACANS獲得了軟體著作權，登記號為2015SR139628。參加本項目研究的人員包括3名博士生、4名碩士生以及2名本科生。參研人員參加了國內會議2次，國際會議1次。此外，項目負責人與德國亞琛工業大學的Heinz Pitsch教授開展了可壓縮火焰面/進度變數模型建模等方面的合作研究。
