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超声速流动中近壁面燃烧建模与过混合效应研究
发布时间: 2022-11-28
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
新技术
行业领域：
高端装备制造产业,航空装备产业
成果介绍
北京临近空间飞行器系统工程研究所单繁立博士（第一作者）与清华大学航空发动机研究院侯凌云教授（通讯作者）联合团队在国际上首次提出了改进型FPV模型的概念，并在理论上建立了该模型的数学表达式，并在其自主研发的大规模CFD软件MuSCLE(Multi-Scale Combustion in Leading-edge Engines)中引入了该模型，以开展相关数值研究。基于改进型FPV模型与MuSCLE软件，并借助天河新一代超级计算机原型机的强大算力支持，团队对Burrows-Kurkov超燃室开展了千核级大规模并行三维非定常数值模拟，避免了传统燃烧数值模拟方法在壁面附近会产生标量过混合效应的出现，实现了对关键组分分布规律的准确预测，相比传统模型，其精度大幅提高。相关成果已于近期发表在International Journal of Hydrogen Energy上。
成果亮点
通过对燃烧场的系统性定量分析，证实了改进型FPV模型可以使混合分数方差这一表征反应系统中反应物混合程度的物理量在近壁区域中的过度发展得到有效抑制，避免了标量过混合效应的出现，因此所预测的点火位置更为靠后（与实际情况一致），也使得混合反应区的发展更为合理，对下游燃烧强度的预测也更为准确。
基于改进型FPV模型和MuSCLE软件，团队正在开展某超燃室乙烯、正十二烷、一次/二次/重度裂解态煤油燃料百种组分复杂燃烧过程三维亿级网格非定常模拟，计算得到的壁面压强和试验数据吻合良好，再现了燃料喷口前缘分离燃烧区不稳定现象以及火焰回传现象，进一步展现了该模型对近壁燃烧的预示与辨识能力。
团队介绍
上述研究工作得到了国家自然科学基金面向发动机的湍流燃烧基础研究项目支持，相关并行计算工作得到了国家超级计算天津中心（天津超算中心）的大力支持。
天津超算中心已服务全国超30个省级行政区的8000余家重点用户，涉及航空航天、生物医药、高端装备、汽车、气候海洋、新材料、新能源等诸多领域，形成“算天、算地、算人、大科学、大工程”的“计算驱动创新”服务模式，并打造了涵盖40家战略合作机构、20家产业联盟、18家联合实验室、10余家分中心、1个专业化服务团队的产学研融合创新体系，聚集了百余家生态伙伴，累计支持国家重大项目4000余项，取得国家级、省部级奖励成果和包括Nature、Science在内出版成果超过3600项，为企业新增经济效益超过160亿元，全面支撑科技创新和产业发展。
成果资料
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