超聲速射流火焰湍流輸運和熱擴散不穩定性研究

《超聲速射流火焰湍流輸運和熱擴散不穩定性研究》是依託上海交通大學，由陳方擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：超聲速射流火焰湍流輸運和熱擴散不穩定性研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：陳方
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

針對湍流輸運和熱擴散旬束蒸不穩定性在機理認識上的不足，以大梯度伴流射流火焰為研究對象，著重開展“超聲速射流火焰傳播過程、湍流輸運特性和熱擴散不穩定性研究”，擬解決關鍵科學問題：湍流輸運特性及其判別準則和優先擴散效應作用下的熱擴散不穩定性民雄拜。①診斷射流火焰點火、局部熄火與再燃等火焰傳播過程；②探索大梯度作用下的湍流輸運特性及其判別準則；③分析不同燃料組分優先擴散效應下的熱擴散不穩定性；④將上述影響規律和機理認識套用於超聲速燃燒穩定性研究，為認知湍流燃燒機理、完善湍流燃燒模型提供技術支撐。通過本項目研究，獲取多工況多參數對燃燒穩定性的影響規律，可以促進更精確湍流燃燒模型的發展與套用，有利於實現高效、穩定及可控制的燃燒，對於設計和最佳化衝壓發動機等高性能燃燒設備有重要的理論價值和實際套用價值。

結題摘要

1、本項目研究由以下要點構成：（1）湍流燃燒過程中逆梯度輸運的空間分布規律研究：首先在現有考慮逆梯度輸運因素的模型基礎上進行理論推演, 對逆梯度輸運的空間分布規律進行預測。通過計算流體力學與數據處理與統計方法端晚對理論規律進行驗證。（2）湍流燃燒逆梯度輸運的影響因素研究：在標準算例基礎上，進行多因素、多工況計算，並套用逆梯度是輸運空間分布規律，研究對逆梯度輸運影響較深入且可控的因素，驗證逆梯度輸運與熱擴散因素存在關聯的猜想。（3）超聲速湍流流動中逆梯度輸運分布規律研究：通過亞聲速/超聲速槽道冷流的數值模擬，研究了入口馬赫數、激波產生位置等因素與湍動能負產生率發生區域的關係，並通過對流體微團的運動規律分析對其進行了初步解釋。（4）擴散燃燒梯度講灶頌輸運特性與不穩定性特徵匹配：通過逆梯度輸運空間分布規律與HHT等頻譜分析方法分別對擴散燃燒中的輸運特性與不穩定性特徵進行捕翻殃判捉，通過二者分布關係對二者關係進行研究。（5）超聲速受限射流燃燒室工作特性研究：通過將超聲速射流火焰結構嵌入到凹腔型燃燒室中，研究超聲速射流火焰在射流型衝壓發動機的套用。通過冷態和熱態的數值模擬，研究了當量比、喉道面積、分布釋熱、燃油噴注等多個因素對於燃燒室工作特性的影響。2、主要研究成果包括：國內外期刊發表論文13篇，其中SCI收錄4篇、EI收錄2篇、期刊閥連遷翻論文3篇、會議論文4篇。授權專利1項。培養碩士研究生6名。3、逆梯度輸運是燃燒學理論界研究的一大難點，而火焰的不穩定性則是工程實踐中必須克服的困難。本項目通過二者的結合分別對二者的工程套用與產生機理進行了合理、可靠、高效的建模和贈淋疊拳分析。通過有效的組織協調，積極開展國內外學術交流與合作，最終在理論研究、數值分析和信號提取等方面積累了相當豐富的經驗，這將為進一步發展逆梯度輸運的工程套用與不穩定性的理論研究打下一定的基礎。在現有研究基礎上，通過逆梯度輸運理論適用範圍的進一步擴展，針對更多影響逆梯度輸運因素以及對逆梯度輸運在時間上的特徵進行分析，可以進一步推進逆梯度輸運與火焰不穩定性之間關係的理論研究，特此建議基金委對本項目聚焦形成的後續研究課題給予資助。