碳烟生成
碳烟是碳氢燃料不完全燃烧产生的含碳颗粒,碳烟排放对人体健康和大气环境均有不利影响,是雾霾天气的重要贡献因素。碳烟生成涉及多尺度、多过程的复杂理化过程,相关研究是燃烧领域的长期热点问题。本实验室致力于通过燃烧诊断和化学动力学分析相结合的方式,探究碳烟生成机理,优化碳烟生成预测模型,提高模型适用性及准确性,为先进低排放动力系统开发提供支撑。
燃烧诊断
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通过先进燃烧诊断技术获燃烧过程中重要理化参数的信息是对燃烧过程深入分析的前提。本实验室致力于开发先进燃烧诊断方法,为相关燃烧实验提供实验思路和实验方案。实验室常用燃烧诊断技术包括:激光诱导荧光(LIF)、激光诱导热炽(LII)、可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、高重频粒子图像测速(PIV)、相位多普勒颗粒分析(PDPA)、电迁移粒径分布分析(SMPS)、气相色谱质谱联用(GC-MS)等。
​先进激光光谱技术
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激光光谱技术是用于环境监测和燃烧诊断的重要技术,其基本原理为当激光与待测环境中原子、分子、自由基等粒子相互作用时,由于各种线性和非线性效应会产生的吸收、色散、散射以及荧光信号,这些信号包含了待测环境中各类热物理化学参数。通过特征光谱信号,可以鉴别待测环境的温度、浓度、压力和速度等参数。​以吸收光谱技术为例,由于每种气体都具有自己独特的吸收光谱,通过发展先进的光学诊断方法结合本实验室发展的高效并行数据处理程序,可实现多种目标气体和相关热物性参数的快速诊断(如温度、压力、NH3/NOx/CO/C6H6/SOx等)。
​本实验室结合光谱学原理,数值试验和实验测量等手段,主要开展基于红外吸收与色散光谱技术的高温诊断方法和痕量气体传感基础研究,开发新型光谱方法,进一步实现实验级燃烧器的高精度测量、实际现场燃烧与推进系统的应用和发动机尾气遥测。此外,实验室也开展相关传感器开发及集成化检测系统研制等工作。
微尺度燃烧
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MEMS微机电系统的快速发展对其能量供应系统提出了更高的要求。具有高能量密度的微尺度燃烧(~mm级别)技术有望应用在将来的微型能量系统中。微尺度燃烧的基础研究将为该系统的设计提供理论上的指导。
燃烧器尺度的减小一方面增大了通道内的热损失效应,导致火焰的不稳定性甚至熄灭;另一方面增强了火焰-燃烧器壁面的热耦合作用,使火焰呈现出常规尺度下未曾观测到的各种特殊现象。著名的例子有火焰反复熄火着火(FREI)、弱火焰(weak flame)、扩散火焰街(Flame-street)等现象。
反应流模拟
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高精度的数值模拟对于分析燃烧物理过程至关重要。本实验室致力于高可靠性数值模拟工具的开发与测试。应用范围覆盖了自高超声速至低马赫数全速度区域的反应流,工作包括高精度数值格式的测试、自适应网格技术的植入、各种物理模型(组分质量扩散模型、燃烧器壁面共轭传热模型等)的完善与开发。可用代码包括全可压缩N-S方程求解器Eilmer(澳大利亚昆士兰大学高超声速中心开发,实验室成员参与)、OpenFOAM开源框架下自主开发的低马赫数燃烧求解器等。