跨临界效应对发动机内喷雾燃烧影响特性的实验和数值模拟研究

The temperature and pressure in combustion chamber of high-power engines are often higher than critical temperature and critical pressure simultaneously. The processes of spray combustion with direct fuel injection in such slightly-supercritical environments can be distinctly different from those in subcritical and ultra-supercritical environments. Study in present project aims at the scientific problem (II) 'The.interaction of complex turbulent flow with combustion in limited space’ , and set out to investigate the spray combustion process in slightly-supercritical environment, to study the transcritical effect on the process of the jet break-up, atomization, advection, diffusion, evaporation, mixing and combustion of the fuels in turbulence. The purpose of the studies is to improve the understanding of spray combustion in low supercritical environment, especially for those combustion for high power engines with direct fuel injection.

高功率燃油喷射发动机的燃烧室往往出现温度和压力均稍高于燃料超临界温度和超临界压力的情况，这种略超过超临界环境下的燃油喷雾气液多相湍流燃烧过程具有明显区别于常规亚临界环境和高度超临界环境下的规律和特性，对燃烧稳定性等方面产生显著的影响。本项目针对国家自然科学基金“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划中的核心科学问题“（二）受限空间内复杂湍流和燃烧的相互作用”，采用实验和数值模拟相结合的方法，研究略超临界环境下的跨临界效应对燃油喷雾气液多相湍流燃烧过程的影响规律和特性：主要研究略超临界环境中燃油物性的演变特征及转化临界点的确定，以及略超临界环境中跨临界效应对燃油喷射燃烧过程中燃油破碎、雾化、对流、扩散、输运、混合及燃烧的影响规律和特性。通过本项目的研究，可以拓展对略超临界燃烧室内燃油雾化燃烧机理的认识，完善超临界雾化燃烧理论，为进一步优化和控制高功率燃油喷射发动机的燃烧过程提供理论指导。

航空发动机的燃烧室往往出现温度和压力均稍高于燃料超临界温度和超临界压力的情况，这种略超过超临界环境下的燃油喷雾气液多相湍流燃烧过程具有明显区别于常规亚临界环境和高度超临界环境下的规律和特性，对燃烧稳定性等方面产生显著的影响。本项目针对国家自然科学基金“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划中的核心科学问题“（二）受限空间内复杂湍流和燃烧的相互作用”，采用数值模拟结合实验的方法，.针对跨临界效应对燃油喷雾燃烧过程中燃油破碎雾化和蒸发的作用机制开展研究:发展了能量动量守恒的分子动力学模拟方法，该方法可以很好地保证分子模拟过程中对物理过程的保真；通过分子动力学方法获得了基于分子尺度的跨临界液体物性的跨临界变化特性，包括粘度和表面张力等方面由亚临界向超临界状态过度过程中，液滴内部的物性变化规律；建立了基于物性变化规律的液体雾化过程的LES-FDF大涡模拟模型，初步获得了雾化特征。