若干燃料的着火特性、层流火焰传播和化学反应动力学研究

本项目采用实验测量、数值模拟和理论分析相结合的手段，对合成气燃料、同分异构体燃料以及混合燃料的火焰特征和燃烧机理开展系统研究，形成对燃料着火、火焰传播和化学反应动力学的深入认识。采用激波管与定容燃烧装置研究燃料的着火机理与燃烧特性，获得燃料在不同工况下的着火延迟期与层流燃烧速率。通过化学反应动力学分析完善和发展燃料的化学反应机理。通过火焰频谱分析揭示温度、压力、浓度等参数对火焰锋面结构及火焰稳定性的影响规律，揭示火焰不稳定性、火焰结构与火焰频谱间的内在关系。基于改进后的化学反应机理，开展燃料着火与火焰传播的自适应数值模拟，揭示燃料的热力学特性、输运特性、化学反应动力学特性对着火、层流燃烧速率以及火焰稳定性的影响。开展燃料着火与火焰传播的理论分析，揭示其中的化学反应动力学机制、火焰动力学机制以及两者的耦合效果。研究进一步完善和发展了燃料的燃烧理论，为燃料高效低污染利用和节能减排提供科学依据。

清洁燃料是实现内燃机高效清洁燃烧的重要途径，而对燃料着火、火焰传播和化学反应动力学的把握是实现高效清洁燃料的前提，对认识燃烧过程和反应路径具有重要意义。该项目对C3-C5醇燃料及其同分异构体、C1-C4烷烃燃料、合成气、呋喃燃料、二元混合燃料等的着火、熄火、火焰传播和化学反应动力学机理方面开展了研究，建立了燃料层流燃烧速率、着火延迟期的基础数据库，阐明燃料燃烧过程的稀释效应、热力效应和动力学效应的影响规律，进行了正庚烷/甲醇混合燃料低压物种鉴别和化学反应机理发展，可逆化学反应对火焰传播影响规律，Soret扩散对熄火拉伸率的影响等研究，建立描述同分异构体燃料着火与火焰传播的模型和数值模拟，发展了C4和C5醇、丁醛、呋喃以及正庚烷/正丁醇等混合燃料着火特性和化学反应机理构建，基于火焰OH-PLIF信息获得层流燃烧速率和阐明火焰动力学特性。项目发表SCI收录的国际期刊论文72篇，其中ESI论文3篇，论文SCI引用755篇次，项目部分成果获得2015年国家自然科学二等奖，2013年教育部高等学校科学技术奖（自然类），项目组1人获得自然科学基金优秀青年基金项目，1人入选教育部长江学者青年项目，1人入选汤森路透全球高被引科学奖，1人获得全国先进科技工作者，1人获得陕西省青年科技奖，1人获得陕西省科技新星，1人担任国际期刊Fuel主编，1人担任国际期刊Combustion and Flame编委。研究成果发表在高影响因子的国际刊物上并得到国际学者的广泛引用，并多次受邀到国际一流大学和研究机构做报告。引文作者包括美国工程院院士R.K. Hanson、C.K. Law以及F.A. Williams, 美国工程院外籍院士H.J. Curran，德国科学院院士K.K. Hoinghaus，国际燃烧学会前主席C.K. Westbrook，Combust Flame主编P. Daguat和F.N. Egolfopoulos等知名学者。参加国际会议43人次, 邀请国外学者交流7人次，派遣国际合作研究生18人，接收国外合作研究生2人，博士毕业21人，其中1人为留学生，其中2人获得陕西省优秀博士论文奖，硕士毕业8人。