多重梯度耦合作用下同轴射流火焰逆梯度输运机理研究
结题报告
批准号:
11672183
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陈方
依托单位:
学科分类:
A0903.空气动力学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
李伟鹏、田伟、米永兴、励孝杰、陈小虎、黄文宣、王彦植
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中文摘要
本项目针对湍流火焰逆梯度输运特性建模发展的不足,从多重梯度耦合作用下的同轴射流火焰入手,开展逆梯度输运现象的理论分析和试验研究,采用多参数同步测量的激光诱导磷光成像分析方法,拟解决关键科学问题:多重梯度耦合对同轴射流火焰逆梯度输运的作用机制。①采用激光诱导磷光成像分析方法,诊断点火、局部熄火与再燃等参数突变或间歇性现象,明确湍流火焰的物理尺度和特征;②探索逆梯度输运的生成机制、判别准则和转化过程,认知多重梯度耦合作用下的湍流输运和火焰传播过程;③建立体现逆梯度输运的数学描述和物理模型,并进行适用性验证和数值分析,为探索湍流燃烧机理提供技术支撑。通过本项目研究,在湍流火焰物理模型和激光测量技术方面取得突破性的进展,对于现有物理模型在问题描述上的完善具有非常重要的学术价值,相关成果有利于推动发动机燃烧及其控制、节能减排、废热利用和火灾等多物理场耦合领域的技术进步以及交叉学科的发展。
英文摘要
This project conducts theoretical and experimental investigation on the phenomena of counter gradient transport (CGT) in coaxial jet flame driven by multiple gradient coupling, in view of the insufficient development of CGT modeling. The key scientific issue to be resolved is to understand the mechanisms of multiple gradient coupling on CGT in coaxial jet flame, based on the synchronized measurements by laser induced phosphorescent imaging (PhI) technique. Firstly, the abrupt parameters or intermittency phenomena in ignition, local extinction, and reignition processes will be diagnosed by PhI technique to clarify the physical scales and features of turbulent flame. Secondly, the CGT formulation, transformation and discrimination will be explored to recognize the turbulent transport and flame propagation in coaxial jet flame driven by multiple gradient coupling. Finally, the mathematical description and physical model will be established to support the investigation on turbulent combustion by CGT characterization after numerical validation. Through the implementation of this project, the expected breakthrough progresses in turbulent flame model and laser measurement technique are of great academic importance in the improvement of modeling on counter gradient transport in coaxial jet flame. The achievements are also beneficial to promote the progresses in multiphysics coupling, such as engine combustion and its control, energy conservation, emission reduction, exhaust heat utilization and conflagration, and the development of interdiscripline.
1、本项目瞄准国际燃烧前沿的逆梯度输运问题,主要研究进展由以下要点构成:.(1)多重梯度耦合作用下的同轴射流火焰逆梯度输运机理:在TFC模型基础上,通过准一维分析与数学变换,提出了流场逆梯度输运最强位置的预测方式,为实验条件下逆梯度输运的表征提供理论依据。以甲烷值班扩散火焰为研究对象,利用 LES 方法进行数值模拟,探究了非预混火焰中逆梯度输运现象的产生机理及影响因素。通过可压缩湍流混合层流动数值计算,得到了混合层流动中动量逆梯度输运区域的分布与发展情况,分析了流场中CGT的出现原因及变化情况。.(2)同轴射流火焰的激光诱导磷光成像分析研究:实现了磷光示踪材料的评估与选取,建立了磷光寿命与温度变化的对应关系,获得了磷光粒子光学特性随时间的衰减变化率及其与环境温度之间的静态校测曲线。在MATLAB平台实现了基于图像重建算法与光流法的混合图像处理方法,包括基于互相关方法的计算模块、图像位移重建模块及光流法模块。设计了利用紫外平面激光诱导固态粒子磷光的同步测速和测温方法,可以实现多物理场测量,经济成本低且具有高时空分辨率。提供了一种大梯度伴流射流火焰燃烧器,有利于高精度高分辨率的定量化测试技术的实现。利用深度网络进行了基于图像的火焰检测及层流湍流火焰分类,为其进行更为复杂的图像识别任务展现了前景。.(3)湍流输运模型的同轴射流火焰适用性验证和数值分析:数值模拟了Volvo燃烧器和Moreau燃烧器,并选取不同流向位置处的温度和火焰进度变量分布与实验值进行对比验证,计算值与实验值吻合较好。针对超声速分隔受限反应混合层,研究了壁面扰动和来流的流动梯度对于流场结构和燃烧组织的影响。通过对于Evans燃烧器的燃烧喷管壁厚、来流条件的研究,确定了燃油壁面造成的扰动和来流流体压力速度不匹配条件对流动和燃烧结构的影响。.2、主要研究成果包括:国内外期刊与会议发表论文18篇,其中SCI收录6篇、EI收录3篇。授权专利3项。培养硕士研究生8名。.3、本项目针对湍流输运和湍流火焰研究进行了合理、可靠、高效的建模、验证和分析,有助于认识湍流输运过程对于梯度耦合进行响应的本质和机理,并推动发动机燃烧及其控制、节能减排、废热利用和火灾等多物理场耦合领域的技术进步以及交叉学科的发展。
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
DOI:--
发表时间:2017
期刊:实验流体力学
影响因子:--
作者:陈小虎;陈方;刘洪;沙莎;逯雪铃;张庆兵
通讯作者:张庆兵
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.037
发表时间:2018
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer
影响因子:5.2
作者:Chen Fang;Liu Hong;Zhang Shengtao
通讯作者:Zhang Shengtao
DOI:10.13675/j.cnki.tjjs.190394
发表时间:2020
期刊:推进技术
影响因子:--
作者:Yu Da-Li;Chen Fang;Liu Hong
通讯作者:Liu Hong
DOI:10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.04.004
发表时间:2017
期刊:气体物理
影响因子:--
作者:陈小虎;陈方;刘洪;沙莎;逯雪铃;张庆兵
通讯作者:张庆兵
DOI:10.7638/kqdlxxb-2017.0036
发表时间:2017-06
期刊:空气动力学学报
影响因子:--
作者:张胜涛;陈方;刘洪
通讯作者:刘洪
膀胱粘膜上皮干细胞干性、可塑性及其在膀胱粘膜修复中的作用与机制研究
  • 批准号:
    82270702
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
口腔黏膜复合血管化平滑肌构建轴型膀胱壁瓣的研究
  • 批准号:
    81870459
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
超声速射流火焰湍流输运和热扩散不稳定性研究
  • 批准号:
    91641129
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
基于自体血管床培育带蒂膀胱组织瓣的研究
  • 批准号:
    81470911
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
SPAG11基因影响隐睾睾丸发育及功能的分子机制研究
  • 批准号:
    81270742
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
高超声速飞行器复杂传热分析与多场耦合策略研究
  • 批准号:
    11102111
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
复合VEGF基因和EPC的膀胱无细胞基质诱导膀胱再生的实验研究
  • 批准号:
    30672108
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
从羊水细胞建立胎儿组织工程学种子细胞的实验研究
  • 批准号:
    30271351
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
无细胞基质组织工程学输尿管的实验研究
  • 批准号:
    30170936
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    17.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    陈方
  • 依托单位:
国内基金
海外基金