超声速气流中碳氢燃料的强迫点火机理研究

本项目拟采用实验研究、数值模拟与理论分析相结合的方法，研究超声速气流中的气态碳氢燃料的强迫点火过程，揭示其中的主导物理机制、获得关键因素及其影响规律。研究中将综合运用高速/超高速摄影和纹影、PLIF、PIV、NPLS 等先进光学观测手段和高分辨率的大涡模拟方法，对点火过程中火核的形成及生长、初始火焰传播机制进行研究探索，并对初始火焰与超声速流场中波系及剪切层相互作用的机制、初始火焰与流场中大尺度涡结构的相互作用机制进行分析，深入揭示超声速气流强迫点火过程与低速流动情况下的差异。该项研究将初步明晰超声速条件下气态碳氢燃料的点火机理，为超燃冲压发动机点火方案设计提供方法和依据。

本项目采用NPLS、PIV、高速摄影和连续激光纹影等观测手段和高精度RANS/LES相结合的数值模拟方法，研究了超声速气流中碳氢燃料的强迫点火过程。初步揭示其中的主导物理机制、获得了关键因素及其影响规律。超声速气流中点火过程的一个显著特点就是对流效应远远强于扩散效应，这使得燃料与空气的混合、热量的传递以及其他一些过程，相对于低速气流下的情况都发生了很大的变化。项目深入研究了高总温以及低总温来流条件下的火核生长过程，在此基础上提出了超声速气流中的火核生长模型，并通过实验加以验证。项目还对初始火焰的传播及初始火焰与超声速流场的相互作用进行了研究。初始火核形成以后会沿着化学恰当比的方向传播并不断膨胀发展以形成初始火焰。初始火焰随剪切层向下游运动的过程中不断发展壮大，并点燃凹腔内气体；凹腔内驻留气体燃烧产生膨胀作用将凹腔剪切层推向主流并在主流区域形成相应激波，激波的压缩作用反过来又促进了初始火焰的发展；初始火焰随剪切层内涡的脱落离开剪切层，并在凹腔下游近壁面处形成大尺度燃烧涡团。.由于课题难度过大，本项目只能解析超声速气流中碳氢燃料强迫点火过程中的部分机理,许多问题还有待下一步深入研究。