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高端装备制造产业,航空装备产业

哈尔滨工业大学（深圳）邵长孝助理教授团队、浙江大学以及浙江大学-上海高等研究院罗坤教授团队基于天河新一代超级计算机系统开展真实航空发动机燃烧室内雾化燃烧过程的高精度模拟。当前，使用可替代燃料代替传统液体燃料（汽油、柴油和航空煤油等），探究其在燃烧室内的燃烧特性，实现碳排放的准确预测和调控，具有重要的科学意义和工程应用价值。该团队将持续对燃烧室内可替代燃料的雾化燃烧过程进行大规模的模拟，对工程应用中更加关心的燃烧不稳定性展开系列研究，预期可以得到典型可替代燃料的燃烧特性和燃烧不稳定性的产生机制和控制措施，为未来发动机的研制和碳排放的预测提供高精度的模拟手段。

该航空发动机的喷油系统由两个外侧轴向旋流器和一个内侧径向旋流器组成，其中压力旋流雾化器位于轴心位置。燃烧室的工况为贫燃，接近于吹熄状态，其中全局当量比为***。燃料为POSF11498。此外，该研究也采用Jet-A燃料作为对比进行了大规模的燃烧模拟。燃烧模型采用FPV，其中热化学物性可以表示为混合分数、进程变量的函数。 雾化燃烧的模拟结果与实验测量进行了对比分析，包括气相场在不同截面处的速度分布、温度分布，以及液滴颗粒在不同轴向位置处的速度分布和粒径大小分布。对比结果表明模拟与实验达到了很好的吻合，但是在近壁面区域和下游区域与实验测量仍有一定误差。 除此之外，该团队采用大涡模拟方法和线性欧拉法的耦合，对真实航空发动机结构在贫燃工况下的燃烧噪声进行研究，结果表明除了温度不均匀外，组份不均匀是间接噪声的另一重要来源，间接噪声在低频噪声段占主导作用。对巡航阶段和起飞阶段的燃烧噪声进行了进一步的研究，揭示了直接噪声和间接噪声在不同飞行阶段中的比重。此外，采用模拟数据对燃烧噪声模型进行了验证。该工作对工程应用中燃烧噪声的评估和控制措施提供了重要的理论指导和手段。

该研究受到国家自然科学基金的支持。国家超级计算天津中心（天津超算中心）的天河新一代超级计算机以及专业的技术支持为本项工作的顺利开展提供了重要支撑。 天津超算中心已服务全国超30个省级行政区的8000余家重点用户，涉及航空航天、生物医药、高端装备、汽车、气候海洋、新材料、新能源等诸多领域，形成“算天、算地、算人、大科学、大工程”的“计算驱动创新”服务模式，并打造了涵盖40家战略合作机构、20家产业联盟、18家联合实验室、10余家分中心、1个专业化服务团队的产学研融合创新体系，聚集了百余家生态伙伴，累计支持国家重大项目4000余项，取得国家级、省部级奖励成果和包括Nature、Science在内出版成果超过3600项，为企业新增经济效益超过160亿元，全面支撑科技创新和产业发展。