面向发动机湍流燃烧的多场多参数定量测量方法及应用基础研究

基本信息
批准号:91541203
项目类别:重大研究计划
资助金额:260.00
负责人:胡志云
学科分类:
依托单位:西北核技术研究院
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李中山,刘晶儒,叶景峰,王晟,陶波,李国华,陈柳君,张顺平,程占军
关键词:
发动机多参数湍流激光诊断燃烧
结项摘要

Quantitative measurement and accurate interpretation of parameters in turbulent combustion is crucial in revealing the essence pattern of turbulent combustion, in clarifying the mechanism and discipline of turbulent flow interaction with combustion, in verifying CFD theoretical model, and in studying the organizing and adjusting method of effective combustion. However, it still remains a big challenge to measure these elevated parameters (high temperature, high pressure, high speed, and hydrocarbon fuel with high carbon content). This project will closely follow the key basic issues of the Significant Research Project “ Fundamental Research on Turbulent Combustion in Engines”, and carry on a study on the mechanism of the interaction between the turbulent combustion complex constituent with laser, the generation and detection of spectral signal in complex environment, the analysis of multi-field spectra/images, and establishment of diagnostic method with the purpose of quantitatively measuring multi-field and multi-parameter. In addition, this project will carry on a study on the fundamental turbulent combustion in a wide range of pressure and turbulent combustion diagnostic under extreme conditions in engine combustion chamber, to obtain a plenty of experimental data, such as, the temperature, velocity, structure of flame surface, and major species concentrations. This research has great scientific significance and engineering value in promoting turbulent combustion fundamental research.

湍流燃烧参数定量测量及表征是揭示湍流燃烧本质规律、阐明湍流与燃烧相互作用机理、验证CFD物理模型、研究燃烧组织与调控的重要手段。面向发动机的高参数(高温、高压、高速、高碳碳氢燃料)湍流燃烧多场多参数的定量测量及表征仍面临大的挑战,是当前国际燃烧领域研究的热点和前沿问题。本项目针对“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划中的基础科学问题,重点开展高参数发动机湍流燃烧激光诊断机理、复杂环境中光谱信号产生与探测机制、多物理场光谱/图像解析等研究,建立发动机湍流燃烧多场多参数定量测量方法;开展宽压力范围基础湍流燃烧和发动机燃烧室内极端条件下湍流燃烧诊断研究,获得丰富的时间和空间相关的温度、速度、火焰面结构、主要组分浓度等实验数据,构建发动机湍流燃烧多场多参数定量表征实验数据库。研究工作对推动我国湍流燃烧基础研究的跨越式发展、提升我国燃烧基础研究的国际地位具有重要的科学意义和工程应用价值。

项目摘要

针对以航空煤油为燃料的宽压强范围发动机湍流燃烧温度、速度、组分浓度、压强等主要参数的定量测量难题,深入研究了煤油燃烧复杂组分与激光相互作用机理、复杂环境中光谱信号产生与探测机制、测量不确定度影响因素及规律,发展了波长调谐CARS测温、双线原子荧光测温、OH示踪测速、一维自发拉曼散射组分测量、波长调制吸收谱温度/压强在线监测等方法,在宽工况运行发动机模型燃烧室获得丰富实验数据,初步构建了发动机湍流燃烧实验数据库,为CFD仿真实验验证提供了重要支撑。研究了适用于发动机狭小燃烧室的多种激光诊断技术组合测量方法,完成多参数同时测量实验验证。发展了宽压强范围洁净湍流火焰多场多组分同时测量的瑞利散射/多组分PLIF/一维自发拉曼散射组合测量方法,获得了时间和空间相关的温度场、密度场、OH/CH2O/HCO等多种自由基浓度场、主要组分种类及浓度一维分布等实验数据;重点研究了湍流火焰温度反演方法,并开发一种二维干涉瑞利散射技术,有望进一步实现速度场的同时测量。本项目还拓展研究开发了CH3 、CO等重要燃烧中间产物的PLIF测量新方法,为CFD提供新的验证数据。本项目研究成果能够为发动机湍流燃烧基础科学问题研究提供先进的非接触式测量手段,对推动我国湍流燃烧基础研究的跨越式发展具有重要的科学意义和工程应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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