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受限空间内高强度小尺度湍流与燃烧相互作用机理的多场多组分高时空分辨激光光谱可视化研究

批准号:
91541119
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
65.0 万元
负责人:
李博
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
张帆、陈贝凌、唐清龙、李晓峰、张大源

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
本项目针对重大研究计划指南中的第二个核心科学问题“受限空间内复杂湍流和燃烧相互作用”,拟在受限空间预混高速射流火焰中开展高强度小尺度湍流与燃烧相互作用机理的研究。通过开发新的燃烧诊断技术并结合已有实验手段,建立面向发动机湍流燃烧的多场多组分激光光谱可视化实验平台。通过高时空分辨激光诱导荧光和激光瑞利散射等技术,获得受限空间湍流燃烧的精细结构,并在此基础上计算相应的定量化湍流燃烧参数,建立受限空间湍流燃烧实验数据库。揭示不同燃料、不同湍流强度以及受限空间多物理参数对于湍流燃烧的影响规律,阐明受限空间内湍流和燃烧相互作用机制。为发动机湍流燃烧模型的开发奠定实验基础,为数值模拟提供实验验证。该项目对于推动激光光谱技术在发动机燃烧中的应用,丰富发动机燃烧表征手段,促进多学科交叉,提高发动机基础燃烧研究水平具有重要的意义。
英文摘要
Following the guidance of the Major Research Plan especially the 2nd core scientific issue, i.e. Interaction between complex turbulence and combustion in a confined space, the research plan of this proposal focus on the understanding of the governing mechanism of complexed highly turbulent combustion in confined space regarding the detailed flame front structure severely stirred by small scale eddies. Novel laser combustion diagnostic techniques will be developed and combining with the well-developed techniques a comprehensive setup will be established aiming at providing visualization of complexed turbulent flame structures relevant to internal combustion engine applications using simultaneous two-dimensional imaging of multi-species. Detailed fine structures of the turbulent combustions in confined space will be revealed using high resolution laser-induced fluorescence and laser Rayleigh scattering. These high quality data will be extensively analyzed to provide crucial parameters and quantitative descriptions of the under investigated turbulent combustion conditions, and consequently form an integrated database serving the establishment of comprehensive models and CFD validation. Different fuels, turbulent intensities, and physical parameters of the confinements will be investigated to reveal the complexed interaction mechanism. This work will form reliable experimental fundamentals for turbulent engine combustion models and numerical simulations. The proposal will also promote the effective application of comprehensive state-of-the-art laser combustion diagnostic techniques to engine combustion research so as to improve the interpretation methodology and improve the interdisciplinary research in engine combustion and eventually serving the substantial improvement of the fundamental engine combustion research level in our country.
激光诱导荧光(LIF)是研究湍流燃烧结构可视化的重要手段。在本项目的支持下,针对燃烧场中的不同组分开发了CH3瞬态测量技术,原子氢无干扰测量技术以及CO飞秒双光子激光诱导荧光测量技术。.CH3是碳氢燃料燃烧过程中最重要的中间产物之一。由于CH3的电子能级激发态不具备束缚性势井结构,对其进行电子态激发会造成光解,因此无法采用传统的LIF测量。为此,我们开发了激光光解-诱导荧光技术,通过高效的激发策略,在国际上首次实现具有高空间分辨的CH3可视化测量。.原子氢同样是燃烧过程中的重要中间产物。原子氢的电子能级间隔较大,需要采用多光子LIF进行测量。传统的双光子原子氢激发方法需采用深紫外高功率密度纳秒激光,原子氢的探测受到光解的严重干扰。因此,我们提出了飞秒双色三光子激发策略,彻底消除了其中一个主要光解通道。针对另一光解通道,我们提出了一种简单的光解干扰评估和排除方法,从而实现了火焰中原子氢的无干扰可视化测量。.CO是重要的燃烧中间产物之一。传统采用纳秒及皮秒双光子激光诱导荧光可实现CO可视化测量,但信噪比较低。针对此问题,我们采用飞秒双光子激光诱导荧光(fs-TPLIF)方法,并实现了高灵敏的CO单脉冲可视化测量。我们建立了fs-TPLIF理论,并分析了fs-TPLIF的技术优势。同时,我们发现由于飞秒激光宽光谱特征,fs-TPLIF可同时激发CO分子的整个振动带B1∑+→A1∏,该振动带可以实现热布局,且光谱对温度十分敏感,有望用于燃烧场温度测量。.此外,我们还拓展性的开发了OH-PLIF和CH2O-PLIF双组分同步测量技术,以及联合可调谐二极管激光吸收光谱和LIF实现组分一维定量测量技术。.以上原创性燃烧诊断技术的开发,为燃烧研究特别是湍流燃烧的研究,提供了新的手段,扩展了实验可测量的范围,可以为CFD提供更多的验证数据,并为我国自主研发汽车和航空发动机提供了新的诊断工具。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A novel multi-jet burner for hot flue gases of wide range of temperatures and compositions for optical diagnostics of solid fuels gasification/combustion
一种新型多喷嘴燃烧器,适用于各种温度和成分的热烟气,用于固体燃料气化/燃烧的光学诊断
DOI: 10.1063/1.4979638
发表时间: 2017-04-01
期刊: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS
影响因子: 1.6
作者: [Weng, Wubin, Borggren, Jesper, Li, Zhongshan]
通讯作者: Li, Zhongshan
DOI: --
发表时间: 2018
期刊: 实验流体力学
影响因子: --
作者: [张大源, 李博, 高强, 李中山]
通讯作者: 李中山
DOI: 10.1364/oe.25.025809
发表时间: 2017-10
期刊: Optics express
影响因子: 3.8
作者: [Bo Li;Xiaofeng Li;Dayuan Zhang;Q. Gao;M. Yao;Zhongshan Li]
通讯作者: Bo Li;Xiaofeng Li;Dayuan Zhang;Q. Gao;M. Yao;Zhongshan Li
Quantitative and Spatially Resolved Measurement of Atomic Potassium in Combustion Using Diode Laser
使用二极管激光器对燃烧中的原子钾进行定量和空间分辨测量
DOI: 10.1088/0256-307x/35/2/024202
发表时间: 2018-01
期刊: Chinese Physics Letters
影响因子: 3.5
作者: [Gao Qiang, Weng Wu-Bin, Li Bo, Li Zhong-Shan]
通讯作者: Li Zhong-Shan
共 8 条
    面向超声速流场/燃烧场的飞秒激光分子标记测速技术的研究
    • 批准号:
      U2241258
    • 项目类别:
      联合基金项目
    • 资助金额:
      260.00万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      李博
    • 依托单位:
    应用于复杂气体流场的飞秒激光电子激发示踪测速技术信号增强与算法研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      58万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      李博
    • 依托单位:
    混合谱系白血病AIF-1/NFκB介导的调控机制研究
    • 批准号:
      81700153
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      20.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      李博
    • 依托单位:
    针对先进发动机燃烧组织与优化的飞秒激光技术开发与应用
    • 批准号:
      91741205
    • 项目类别:
      重大研究计划
    • 资助金额:
      300.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      李博
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金