发动机燃烧的动力学模型和数据库系统

The kinetics modeling is a necessary condition for numerical simulation of combustion in engine, while the high-precision kinetics model and database system are the important foundation of engine research and development. This proposal will carry out as an integrated project based on the early funding of the major research plane entitled "Engine-Oriented Turbulent Combustion Foundation". The mail content is composed of three important parts. The first part is a platform construction for the kinetics modeling of combustion in engine, including the detailed combusting reaction mechanism, error propagation in reaction mechanism, mechanism reduction, new system of combusting reaction mechanism with two parameters, regulation on the path of combustion reaction, integration, optimization and validation for the combustion kinetics modeling. The second part is the experimental verification for reaction mechanism, including the experimental method, integration of results from experimental measurement and systematic verification of combustion reaction mechanism. The last part is the development of combustion database system, including the high accurate calculation of the reaction parameters for macromolecule fuel, integration and reorganization of combustion reaction parameters, construction of combustion database and retrieval system, as well as development of interactive system for combustion kinetics modeling. By deepening the innovation research and integrating the existing achievements in the field of combustion reaction kinetics, the research objective is to form a China's independent platform of the kinetic modeling and open retrieval system of combustion database for tackling the key problems in China's engine technology.

动力学建模是发动机燃烧数值模拟的必要条件，高精度动力学模型和数据库系统是发动机研发的重要基础。本项目将在"面向发动机的湍流燃烧基础"重大计划前期工作基础上开展集成研究，内容分三部分。第一是发动机燃烧动力学模型构建，研究内容包括详细燃烧反应机理构建、反应机理误差传递、机理简化、双参数燃烧反应机理新体系研究、燃烧反应路径调控、燃烧动力学模型集成、优化和验证；第二是反应机理实验验证，包括发展燃烧反应机理实验验证方法、实验测量结果集成和燃烧反应机理的系统验证；第三是燃烧数据库系统开发，包括燃料大分子反应参数高精度计算、燃烧反应参数整理和集成、燃烧数据库和检索系统建设以及燃烧动力学自动建模方法的开发。研究目标是：通过项目集成，深化燃烧反应动力学领域的创新研究，集成现有成果，形成我国自主的动力学建模平台和燃烧数据库开放检索系统，支撑我国发动机关键技术攻关。

动力学建模是发动机燃烧数值模拟的必要条件，高精度动力学模型和数据库系统是发动机预先研发的重要基础。本项目围绕发动机燃烧动力学模型开发、机理实验验证方法发展和燃烧数据库系统建设等方面展开研究，取得了以下创新成果：.(1) 开发了燃烧动力学大数据挖掘和数据评估系统；.(2) 建成了由燃烧化学数据库CCData、燃烧反应机理CKL和燃烧数值计算程序“金沙”三部分构成的燃烧动力学平台CDS（https://cds.scu.edu.cn/），已于2021年10月起对国内外开放提供数据检索和下载，截止2023年2月14日访问独立IP数达2458，访问量达26360；.(3) 发展了高效且精确计算复杂分子反应动力学参数压力依赖的主方程求解器TUMME；开发了与开源电子结构软件NWchem接口的动力学计算程序NWChemrate新版本；发展了从机理文件出发燃烧参数的在线计算程序TDOC；.(4) 发展了航空煤油模型燃料、核心机理中含氧组分和生物燃料的机理和模型燃料的构建方法；.(5) 发展了基于激波管、快压机、燃烧弹等实验装置验证燃烧反应机理方法，实现了实验数据规模化集成；.(6) 发展了基于模型辅助校准方法来降低实验数据不确定度和基于特征实验数据优化反应动力学模型；.(7) 阐明了燃烧化学反应路径对运输燃料燃烧过程不可逆㶲损失以及㶲-功转化效率的影响规律，揭示了通过化学反应路径调控实现发动机高效清洁燃烧的途径，并提出了燃烧化学反应路径调控的方法；.(8) 发展了基于同时化学平衡原理的极小化反应网络燃烧机理建模方法，形成了多燃料通用、工程尺度的双参数燃烧反应机理CKL。.项目执行期间发表标注学术论文102篇，获得软件著作权6项，获得省部级科技奖及学术奖励9项，3人入选国际燃烧会会士，1人入选国家级青年人才，培养毕业研究生41人。承办学术会议4次，开展学术交流报告26人次。.项目的顺利完成形成了我国自主的燃烧动力学建模平台和燃烧数据库开放检索系统，将支撑我国发动机关键技术攻关。