氢燃烧单步反应模型和输运系数模型的建立

提出了更为合理的氢气-空气混合物的单步反应模型和输运系数模型建立方法.针对氢-空气单步反应方程式H2+0.5O2→H2O,其反应速率模型为=1.13×1015[H2][O2]exp(46.37T0/T)mol/(cm3s),输运系数模型为=K/CP=D=7.0×105T0.7g/(cms).采用该模型和文献模型对ZND爆轰和自由传播层流火焰进行模拟,二者结果具有很好的一致性.另外还采有本文模型模拟了障碍通道内燃烧转爆轰过程,模拟结果与实验结果基本一致.验证了本方法和模型的正确性.

甲烷一维层流预混火焰的详细和单步反应机理模拟

为了解单步反应机理的不足及其不同速率表达式之间的差异,分别采用详细和单步化学反应机理数值模拟了甲烷一维层流预混火焰。详细机理预报的火焰速度在整个可燃范围都与实验结果吻合,而单步机理只在贫燃条件下才能给出定量相符的结果,在富燃条件下定性和定量预报结果均不合理。同时,单步机理预报的温度和浓度分布也存在较大偏差,特别是在富燃区。进一步研究表明,用有些常见单步反应速率表达式获得的预报值在整个可燃范围都是不合理的。这些结果对选取反应模型和获得可信预报结果有参考意义。

受限空间内激波与火焰作用的三维计算

激波与火焰的相互作用常发生在超声速燃烧和燃烧转爆轰过程中,为深入了解这一现象,采用带化学反应的三维Navier-Stokes方程,对平面入射激波及其反射激波与火焰的作用进行了计算研究,其中燃烧过程使用单步反应模型描述。研究结果显示:在受限空间内模拟激波与火焰作用,能更好地符合实验结果,从而体现出受限空间的三维效应;火焰在入射激波的作用下主要经Richtmyer-Meshkov不稳定而发生变形,此时火焰变形以物理作用为主,燃烧膨胀效果相对不明显;当反射激波与变形火焰再次作用后,火焰迅速膨胀变形,放热率维持在较高水平,此时化学反应过程起主要作用;在反射激波的作用下,变形火焰复杂三维涡结构的形成能强化热量与质量的输送,提高燃烧速率。

固液火箭冲压发动机燃烧室流场数值仿真

固液火箭冲压发动机通过固液两种燃料匹配工作,相比传统的固体火箭冲压发动机和液体燃料冲压发动机具有较为明显的优势。基于离散相模型和单步反应模型,采用Fluent对设计点飞行参数下,不同结构和不同工况条件下的燃烧室两相反应流场进行了数值仿真。结果表明,燃气发生器喷管参数和进气道进气角度主要影响空气与燃气流的撞击以及头部区的回流,而进气道周向角度主要影响液体燃料的分布,发动机比冲随余气系数的增大先增大后减小。根据仿真结果,提出了有利于提高发动机性能的结构参数和余气系数范围。

激波诱导火焰变形、混合和燃烧的数值研究

为了深入研究激波诱导的火焰变形以及由此带来的混合和燃烧变化特性,采用带单步化学反应的Navier-Stokes方程和高网格分辨率,对平面入射激波及其反射激波诱导球形火焰变形的现象进行了二维数值研究,计算结果与实验结果较好吻合。研究结果显示,在反射激波作用前,火焰的变形和皱褶主要受入射激波诱导等物理过程影响;而在反射激波与失稳火焰作用后,燃烧放热率、火焰有效面积和界面长度均迅速增加,控制火焰变形的机制逐渐向化学反应(燃烧)过程过渡;在失稳火焰发展的后期,增强的燃烧过程能够削弱火焰界面的皱褶,进而抑制未燃气和可燃气的混合。由此可以得出结论,激波诱导的火焰界面通过变形可促进界面两侧未燃气与可燃气的混合,进而强化燃烧过程,但燃烧的增强却反过来能抑制混合;认识两者之间的关系有助于利用或控制激波-火焰相互作用过程。

液氢/液氧火箭发动机尾焰流场特性仿真研究

为研究液氢/液氧发动机燃烧尾焰射流流动特点,采用耦合了Realizable k-ε湍流模型、液氢/液氧单步化学反应的N-S方程,化学反应速率采用湍流脉动机制和Arrhenius机制控制,运用PISO算法对液氢/液氧火箭发动机在地面发射阶段的燃烧尾焰射流流场进行了一体化仿真计算,得到了液氢/液氧发动机燃烧尾焰射流近场激波系结构,并与理论分析结果进行对比,证明了算法的有效性和正确性。分析了燃烧尾焰压力场的动态形成过程,捕捉到尾焰半球形冲击波的发展过程,并认为冲击波为正激波且进行匀速传播。获得了尾焰流场各项参数的分布情况,为开展燃烧尾焰射流的辐射计算提供数据基础。

同轴射流燃烧室非预混湍流燃烧流场特性大涡模拟研究

为深入研究带突扩与回流的同轴剪切射流模型燃烧室流场结构与燃烧特性,采用单步快速化学反应、火焰面与反应进度变量三种燃烧模型结合动态亚网格模型在自有CFD平台上对甲烷-空气非预混燃烧流场进行了大涡模拟。计算检验了流场时空尺度及网格和时间步长设置,对流场0~2s内启动并发展进入统计定常状态的非定常流动过程进行了完整模拟。燃烧室内多处监测点湍动能谱统计结果表明,轴向速度在混合剪切层内的脉动存在从约1200Hz开始的多个特征频率序列,且随着测点位置向下游移动,其对应的特征峰从高频到低频逐渐衰减消失。流向多个截面上时间平均的混合分数及温度分布结果表明,反应进度变量模型能够模拟出该流场特有的抬举火焰,与实验数据吻合程度显著优于其余两种模型,即对于该类型强剪切非预混反应流,以燃烧产物质量分数替代采用梯度粘性输运模化的混合分数耗散率进行计算更为合适。

机器学习设计单步逆向合成反应的研究进展

在逆向合成分析的过程中,对特定的目标分子设计单步逆向合成反应是探寻最优有机合成路线的关键环节。随着机器学习(Machine learning)研究的兴起,很多研究者开始尝试利用机器学习方法设计单步逆向合成反应。相关研究主要集中在两方面:(1)研究化合物分子输入方法;(2)基于特定的分子输入,研究各类单步逆向合成反应预测模型的构建方法。本文首先综述了分子输入的三种主流方法;然后分别分析了基于这三种分子输入方法构建的单步逆向合成反应预测模型的研究实例;之后,总结了当前机器学习方法设计单步逆向合成反应研究中存在的问题,并给出了解决问题的思路;最后,对机器学习设计单步逆向合成反应的前景作出展望。