《超聲速燃燒部分預混火焰面模式判別與建模研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由孫明波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超聲速燃燒部分預混火焰面模式判別與建模研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫明波
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用實驗研究、理論分析和數值模擬相結合的方法，對超燃衝壓發動機內超聲速湍流燃燒中存在的部分預混火焰面模式進行研究。利用空間與時間高解析度的PLIF系統、PIV系統、高速紋影等設備對超聲速燃燒的火焰特徵、火焰擴散及火焰傳播進行觀測，對超聲速燃燒條件下的火焰模式進行甄別並研究火焰面模式的存在形式及存在條件。通過完善考慮激波作用、點火/熄火複雜化學過程的部分預混火焰面模型，對超聲速湍流燃燒的火焰擴散、火焰傳播進行大渦模擬，與實驗結果進行對照，明晰超聲速湍流燃燒中部分預混火焰面模式的存在規律及部分預混火焰的擴散、傳播規律。該項研究將明確超聲速條件下火焰面模式的適用條件以及建模問題，並對超聲速燃燒火焰面模式的套用進行合理引導。
結題摘要
本項目綜合運用理論分析、數值計算、實驗研究等多種手段對超燃衝壓發動機內超聲速湍流燃燒中存在的部分預混火焰面模式進行了研究。根據超聲速流的特點建立了考慮激波作用的超聲速燃燒穩態火焰面模型，將其與混合RANS/LES方法相結合形成超聲速燃燒流場計算程式，並以三維超聲速混合層燃燒流場為例進行了程式驗證。從理論上系統地對超燃衝壓發動機燃燒室內部的超聲速燃燒流場是否滿足火焰面模型假設進行了判別，結果表明對於非預混燃燒，除高飛行馬赫數下極小部分燃燒流場位於慢化學反應區外，其餘也均滿足火焰面模型假設。以支板噴氫超聲速燃燒流場為例進行數值計算，以便從定量上對燃燒模式進行細緻判別，結果發現超聲速燃燒發生的區域為充分發展的湍流區，且整個流場中火焰面模型假設成立。針對穩態火焰面模型在臨界標量耗散率附近的處理方法會導致解的不連續，進而可能引發流場非物理解和數值不穩定等缺陷，建立了考慮激波作用的超聲速燃燒火焰面/進度變數模型以及基於Level set方法的G/Z方程部分預混燃燒模型，並提出了一種高效的火焰面資料庫生成方法，通過對三維平板噴流、支板噴流、凹腔火焰穩定超聲速燃燒流場進行計算，對模型進行了驗證。為了考察所建立的火焰面/進度變數模型與G/Z方程部分預混燃燒模型用於描述帶有複雜構型超聲速燃燒流場的適用性，採用OH-PLIF、高速攝影實驗和數值計算等手段分別對帶有支板和凹腔的超燃衝壓發動機燃燒室內部燃燒流場進行研究。實驗與計算結果的對比分析表明，所建立的火焰面/進度變數模型和G/Z方程部分預混模型可用於描述帶有複雜構型的超聲速燃燒。通過三年的研究，該項目明確了超聲速條件下火焰面模式的適用條件以及建模問題，並採用火焰面模型對超聲速燃燒進行研究，揭示了超聲速燃燒火焰穩定、傳播與擴散的相關機理。
