中国科大在氢预混火焰动力学研究领域取得重要进展

中国科大在氢预混火焰动力学研究领域取得重要进展

近日，我校火灾科学国家重点实验室肖华华研究团队在氢预混火焰动力学研究领域取得新进展。该成果以“Numerical study of the stability of premixed flames propagating in half-open tubes”为题作为封面论文发表在国际燃烧领域知名期刊Combustion Theory and Modelling上。Combustion Theory and Modelling隶属于国际燃烧学会（The Combustion Institute），专注于刊登燃烧理论与模拟的研究工作。

预混火焰动力学演化是燃烧领域非常重要和充满挑战的基础课题之一，涉及火灾与爆炸安全、内燃机燃烧、超新星爆炸等多方面的研究和应用。非稳态预混火焰在传播过程中受燃烧与流体动力学不稳定性、边界层与压力波效应、湍流与化学反应相互作用等机制的耦合影响，为高度非线性的复杂瞬态过程，相关研究一直是燃烧领域的热点和难点。氢能源作为一种新能源，具有来源广泛、效率高和清洁无污染等优点，是助力实现“碳达峰、碳中和”战略目标的有效途径之一。然而，氢具有易泄露、易燃易爆的危险属性，其火灾爆炸致灾机理、预测方法和防控技术尚不完善。

图 1 期刊封面（2022,Volume 26, Issue 4）

该研究采用自主研发的高精度数值计算方法结合动态自适应网格技术求解可压缩反应性Navier-Stokes方程，模拟了半开口管道内氢-空气预混火焰的传播动力学过程。数值计算克服了由火焰演化多尺度特性所带来的火焰-压力耦合求解难点，实现了不同尺度下压力波产生、运动及与火焰作用的准确捕捉。在此基础上，结合理论分析，深入剖析火焰与压力波、边界层等因素的相互作用（图2），实现压力波效应与流体对流输运解耦分析，深入揭示了此类受限空间内预混火焰不稳定性发展的动力学机制，可为可燃气燃爆和氢安全的研究及应用提供理论和数值方法支持。

图 2 火焰与边界层、压力波相互作用及火焰不稳定性演化

该论文第一作者为我校火灾科学国家重点实验室博士研究生沈婷，通讯作者为该实验室特任教授肖华华。该研究受到了国家自然科学基金（51976210，52104227，52020105008）、中央高校基本科研业务费专项资金（WK2320000048）、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金项目（DNL202006）的资助，并得到了我校超级计算中心的支持。

原文链接：

[backcolor=transparent !important]https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13647830.2022.2069601

（火灾科学国家重点实验室、科研部）