《預混火焰擾動界面RM不穩定的時間尺度效應研究》是依託南京理工大學，由董剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：預混火焰擾動界面RM不穩定的時間尺度效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董剛
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
預混火焰擾動界面在激波作用下可形成Richtmyer-Meshkov（RM）不穩定，進而促進已燃氣和未燃氣混合、強化燃燒並可能引發爆轟，它涉及一系列複雜的物理、化學過程，是自然界以及超燃推進和工業爆炸災害等人類生產實踐活動中常見的現象，而其中涉及的一些基本特性和規律至今未得到充分認識。本項目擬採用數值模擬和理論分析的方法，研究激波及其反射激波誘導預混火焰擾動界面失穩和混合的過程。包括：確定不同參數下RM不穩定和化學反應的特徵時間尺度；考察單模和多模初始擾動下，火焰界面的動力學演變歷程和發展規律、反應放熱與混合之間的相互作用關係以及爆轟形成的條件和機理；探討反射激波作用前後，擾動火焰界面RM不穩定的上述特性對時間尺度的依賴關係，提出刻畫這些特性的時間尺度效應判據。相關研究不僅可以為理解反應系統中的RM不穩定現象提供新的認識，而且還可以為實際過程中利用或控制這一現象提供重要的理論基礎。
結題摘要
激波與帶初始擾動的預混火焰界面相互作用是反應性Richtmyer-Meshkov（RM）不穩定過程，該過程可進一步促進界面兩側未燃氣體和已燃氣體的混合與燃燒，因此在自然界和人類活動中（如超燃推進發動機和工業爆炸災害）普遍存在。由於該過程涉及複雜的物理、化學現象，一些基本的規律和特性尚未得到充分認識，因此，開展相關研究具有重要的學術意義和套用前景。本項目以此為背景，採用高精度數值方法和大規模CPU/GPU異構並行和MPI並行計算方案，對平面入射激波及其反射激波誘導的帶初始擾動的預混火焰界面失穩過程進行了研究。主要內容包括：惰性界面和化學凍結流條件下火焰界面RM不穩定過程的數值研究；反應性條件下界面RM不穩定過程的二維和三維數值研究；反應性RM不穩定過程的特徵時間尺度的確定；反應性RM不穩定過程的時間尺度效應等。得到的重要結果和結論包括：（1）在激波多次誘導的預混火焰界面失穩過程中，火焰界面呈現出從大尺度拉伸到出現中小尺度複雜結構的演化過程，初始入射激波強度的增強能夠強化這一過程，而初始火焰界面擾動形態對反射激波作用後的界面演化則沒有顯著影響；（2）預混火焰界面擾動的發展主要受RM不穩定誘導的大尺度流動和化學反應兩個因素影響，其中，擾動發展前期RM不穩定（物理作用）起主要作用；而後期化學反應的作用逐漸增強。在整個過程中，基於標量耗散率的混合過程對反應性RM不穩定過程影響較弱；（3）提出了特徵時間尺度分離的假設，在此基礎上給出了RM不穩定和化學反應兩種特徵時間尺度的確定方法，對不同條件下兩種時間尺度的比值（時間尺度效應）與化學反應放熱率進行了關聯，良好的關聯性表明了本項目時間尺度確定及其效應研究的正確性。時間尺度效應能夠從特徵時間尺度的角度定量表征反應性RM不穩定過程，是一種簡單有效的理解反應性RM不穩定現象的等效參數。上述研究不僅有助於認識和澄清反應性的RM不穩定的本質，而且還為實際工程中利用或控制這一現象提供重要的理論依據。
