Physics-based predictive modeling for ultra-low-emission combustion technology

基于物理的超低排放燃烧技术预测模型

基本信息

  • 批准号:
    EP/L002698/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2013 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Prospective technologies for low-emission power and propulsion systems rely on highly dilute, low-temperature combustion. Low-temperature combustion prevents formation of oxides of nitrogen, but it has not been achieved in automotive and aerospace applications due to lack of understanding and predictive models. This study will probe the fundamental fluid dynamic processes which are critical to ensure stable, efficient, and clean conversion of fuel energy under such highly dilute conditions. Two complementary technological applications motivate this study. The first is application of 'split-injection' strategies, which are being investigated by partners in the automotive industry. These strategies employ large numbers of separate fuel-injection events in order precisely to control the timing and rate of heat release and pollutant formation. The second application is the injection of highly dilute reactants into a flow structure that recirculates combustion products. This process underpins low-emission aero-engine development by project partner Rolls-Royce - indeed it is fundamental to the development of combustion systems in general. High-end scientific computing methods will be employed to perform full-resolution numerical experiments, designed to explain the relationship between the fluid-, mixing-, and chemical-dynamics of split-injection. For the first time, the age concept will be used in the analysis of these experiments; the age, or residence time, of a mixture is a natural reference quantity for understanding how kinetically limited combustion processes (e.g. autoignition, highly-dilute combustion, NOx and soot-particle formation) evolve. A novel modelling framework, built on this concept of fluid age will be developed and subsequently its potential for the design of ultra-low-emission combustion systems will be demonstrated in automotive and aerospace applications.
低排放动力和推进系统的未来技术依赖于高度稀释的低温燃烧。低温燃烧可以防止氮氧化物的形成,但由于缺乏理解和预测模型,在汽车和航空航天应用中尚未实现。这项研究将探讨基本的流体动力学过程,这些过程对于确保在如此高度稀释的条件下稳定、高效和清洁地转化燃料能量至关重要。两个互补的技术应用激发了这项研究。第一个是“分注”策略的应用,汽车行业的合作伙伴正在研究这一策略。这些策略采用大量单独的燃料喷射事件,以便精确地控制热量释放和污染物形成的时间和速率。第二种应用是将高度稀释的反应物注入到使燃烧产物再循环的流动结构中。这一过程是项目合作伙伴罗尔斯·罗伊斯公司开发低排放航空发动机的基础-实际上,它是一般燃烧系统开发的基础。将采用高端科学计算方法进行全分辨率数值实验,旨在解释分流注入的流体动力学、混合动力学和化学动力学之间的关系。这是第一次,年龄的概念将被用于这些实验的分析;年龄,或停留时间,混合物是一个自然的参考量,了解动力学限制燃烧过程(如自燃,高度稀释燃烧,氮氧化物和烟尘颗粒的形成)演变。一个新的建模框架,建立在这个概念的流体时代将被开发,随后其潜在的超低排放燃烧系统的设计将被证明在汽车和航空航天应用。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Thermodynamic performance of new thermofluidic feed pumps for Organic Rankine Cycle applications
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2015.10.004
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    E. Richardson
  • 通讯作者:
    E. Richardson
Unsteady self-similarity of jet fluid age and mass fraction
射流流体年龄和质量分数的非定常自相似性
  • DOI:
    10.1063/5.0132042
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shin D
  • 通讯作者:
    Shin D
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  • DOI:
    10.1017/jfm.2017.600
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Shin D
  • 通讯作者:
    Shin D
Loss Analysis of Unsteady Turbomachinery Flows Based on the Mechanical Work Potential
基于机械功势的叶轮机械非定常流动损失分析
  • DOI:
    10.1115/gt2019-91253
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Leggett J
  • 通讯作者:
    Leggett J
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  • 通讯作者:
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