超声速燃烧数值模拟中复杂化学反应的建模方法

作     者：吴坤 范学军 WU Kun;FAN Xuejun

作者机构：中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 

出 版 物：《空气动力学学报》 (Acta Aerodynamica Sinica)

年 卷 期：2020年第38卷第3期

页      面：552-576页

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点实验室青年创新基金(LHD2019CX02) 

主　　题：超声速燃烧 碳氢燃料 复杂化学反应 简化反应机理 动态自适应化学 

摘      要：高保真度的数值模拟有助于研究超声速条件下点火、熄火、火焰传播以及稳焰等关键物理-化学过程,推动对冲压发动机中复杂燃烧现象的准确理解与可靠预测。然而,实际发动机中碳氢燃料燃烧导致的广泛时空尺度对湍流燃烧的建模带来了极大的挑战。为此,必须首先解决超声速燃烧数值模拟中复杂化学反应的高保真建模问题。本文对超声速燃烧模拟中湍流-化学反应相互作用模型、机理简化以及求解加速方法的研究现状进行了总结。以典型燃料燃烧建模为主线,介绍了复杂化学反应的高保真建模方法以及不同化学反应机理在超燃模拟中的适用性及其影响。以反应机理三层次保真度评估体系为基础,进一步明确了简化机理在超燃数值模拟中的优势与不足,阐明了动态自适应化学方法在研究超声速条件下细致燃烧过程的必要性和可行性。