2022.8.26更新

新能源燃烧实验室
清洁燃烧中心，发动机及先进动力研究所
西安交通交通大学，能源与动力工程学院，动力工程多相流国家重点实验室

           航空发动机、燃气轮机、内燃机是国防和国民经济的核心装备动力。当前我国发动机与世界先进水平有较大差距，国家启动了两机专项来解决发动机“卡脖子”问题，燃烧室是核心部件。氢能是未来碳达峰、碳中和能源动力系统的关键，燃烧是氢能利用的重要方式。
      新能源燃烧实验室面向先进发动机燃烧室湍流燃烧不稳定性与燃烧组织关键问题，以及碳中和能源动力系统氢氨燃烧技术，搭建了基础湍流火焰、模型燃烧室旋流火焰及多参量燃烧激光诊断平台，大规模CFD数值仿真平台。系统研究湍流与火焰相互作用规律、湍流燃烧不稳定性，发展先进燃烧组织技术。研发面向碳中和能源动力系统的氢氨燃烧与氢安全技术。开发面向动力装备智能化和燃烧室研发的多参量光学诊断技术，发展发动机燃烧室仿真模型和自主软件代码。
主要研究方向包括：
1. 面向两机燃烧室：湍流燃烧不稳定性及燃烧组织
2. 面向碳中和：氢氨燃烧理论与技术
3. 面向智能化：多参量燃烧光学诊断技术
4. 面向数字化：发动机燃烧室仿真及代码开发

    研究方向与平台基础简要介绍如下：

    1. 面向两机燃烧室：湍流燃烧不稳定性及燃烧组织
       湍流燃烧是发动机主要能量转化过程，揭示湍流与火焰相互作用机理是发展湍流燃烧模型，研发先进发动机燃烧室的基础。湍流燃烧的难点在于湍流与火焰的时间、空间尺度跨度大，湍流与化学反应相互耦合非线性强，并且对温度、压力和流场边界条件非常敏感，湍流燃烧是国际燃烧学界的共同难题和热点研究问题。我们致力于采用多参量燃烧光学诊断技术，结合高精度LES模拟，研究湍流/旋流火焰燃烧不稳定性规律，包括火焰结构、回火、吹熄、振荡、等离子体助燃，发展两机燃烧室先进燃烧组织技术。

多级分层旋流燃烧器；旋流火焰流场组分场同步测量揭示局部熄火过程

代表性项目和论文：
[1] 两机专项，J2019-III-0020-0064，重型燃气轮机燃烧室振荡燃烧机理及抑制方法研究，课题4-热声耦合模型与燃烧振荡理论预测方法，2020-2023，课题负责人
[2] Weijie Zhang, Jinhua Wang*, Shilong Guo, Qianqian Yu, Wu Jin, Meng Zhang, Zuohua Huang, Effects of Integral Scale on Darrieus–Landau Instability in Turbulent Premixed Flames. Flow, Turbulence and Combustion, 2019. 103(1): 225-246.
[3] Wenjun Lin, Wang Han, Jinhua Wang*, Runze Maoa, Weijie Zhang, Xiao Cai, Zuohua Huang. Experimental investigation of low-temperature autoignition in turbulent premixed swirling flames. 2022, Proceedings of the Combustion Institute.

2. 面向碳中和：氢氨燃烧理论与技术
      能源动力系统是碳达峰、碳中和的主战场，风能、太阳能等可再生能源将加快发展。可再生能源的主要问题是波动性，其规模的迅速增长对电网安全产生了严重的威胁。氢气是优良的能源载体，氢储能、绿氢将是碳中和能源系统的核心。氢氨燃烧将发挥关键作用，包括燃机发电、船机、内燃机、工业燃烧、冶金、民用燃气具等广泛场景。氢氨具有非常特殊的燃烧不稳定性和NOx生成特性，我们致力于氢氨燃烧利用过程中的燃烧理论和技术，及氢安全技术。包括氢燃烧基础特性、氢燃机、氢内燃机、中低比例掺氢燃烧改造优化方案，高比例及纯氢燃烧理论与技术、氢燃爆安全理论与预测技术。

氢旋流火焰；氢回火；氨旋流火焰临熄火模态

代表性项目和论文：
[1] 内蒙科技重大专项-氢能专项，掺氢天然气（HCNG）内燃机关键技术研发及示范应用，2021-2024，项目负责人
[2] Xiao Cai, Jinhua Wang*, Zhijian Bian, Meng Zhang, Zuohua Huang*. Self-similar propagation and turbulent burning velocity of CH4/H2/air expanding flames: Effect of Lewis number. Combustion and Flame. 2020. 212: 1-12.
[3] Hao Xia, Wang Han*, Xutao Wei, Meng Zhang, Jinhua Wang*, Zuohua Huang, Christian Hasse. Numerical investigation of boundary layer flashback of CH4/H2/air swirl flames under different thermal boundary conditions in a bluff-body swirl burner. 2022, Proceedings of the Combustion Institute.

3. 面向智能化：多参量燃烧光学诊断技术
       激光诊断号称“屠龙之术”，具有非介入性、高时空分辨率、高精度等优势。近年来，多场、多组分、多参量、高频燃烧激光诊断技术迅速发展，为湍流燃烧复杂物理化学过程测量提供了新的机遇，也为燃烧动力装备智能化提供了新的智能感知方案。实验室拥有PLIF、PIV、瑞利散射、拉曼散射、MTV、双线LIF、LII等先进燃烧激光诊断系统。我们致力于燃烧激光诊断技术集成及二次开发，发展面向模型燃烧室和真实燃烧室条件的多参量光学激光诊断技术，及光学传感器技术，结合基础旋流火焰、复杂边界高温高压燃机模型燃烧室，提供高精度湍流燃烧模型发展的验证数据，揭示湍流燃烧机理，开发新型传感器。

多参量燃烧激光诊断系统；高速射流火焰结构；航煤喷雾燃烧火焰结构

代表性项目和论文：
[1] 国家自然科学基金面上项目，液体燃料低温化学反应与湍流作用机制研究、52076171，2021-2024，负责人
[2] Jinhua Wang*, Yaohui Nie, Weijie Zhang, Shilong Guo, Meng Zhang, Zuohua Huang. Network topology of turbulent premixed Bunsen flame at elevated pressure and turbulence intensity. Aerospace Science and Technology. 2019. 94: 105361.
[3] Xiao Cai*, Qingshuang Fan, Xue-Song Bai, Jinhua Wang, Meng Zhang, Zuohua Huang, Marcus Alden, Zhongshan Li. Turbulent burning velocity and its related statistics of ammonia-hydrogen-air jet flame at high Karlovitz number: Effect of differential diffusion. Proc. Combust. Inst. 2022.

4. 面向数字化：发动机燃烧室仿真及代码开发
      数值仿真在发动机正向研发过程中发挥关键作用，工业软件自主可控对于支撑发动机研发，保障工业体系安全具有重要意义。我们致力于基于开源平台OpenFOAM，发展独立自主的湍流燃烧LES代码，面向燃机燃烧室旋流燃烧组织及燃烧不稳定性仿真，开发兼具计算效率与仿真精度的先进LES模拟方法。目前主要开发增厚火焰模型和FGM火焰面模型相关代码；同时，面向工程问题需求，基于ANSYS Fluent、Star-CCM和Converge等商业软件平台开发UDF，开展燃烧及动力系统仿真优化研究和代码软件开发。

基于OpenFoam开源CFD平台及自主模型代码的湍流燃烧高精度LES模拟

代表性项目和论文：
[1] 国家自然科学基金重大研究计划-集成项目，发动机湍流燃烧耦合作用机理和物理建模研究，91841302，2019-2022，子课题负责人
[2] Shilong Guo, Jinhua Wang*, Weijie Zhang, Bingxuan Lin, Yun Wu, Senbin Yu, Guohua Li, Zhiyun Hu, Zuohua Huang. Investigation on bluff-body and swirl stabilized flames near lean blowoff with PIV/PLIF measurements and LES modelling. Applied Thermal Engineering. 2019. 160: 114021.
[3] Weijie Zhang, Süleyman Karaca, Jinhua Wang, Zuohua Huang, Jeroen van Oijen*. Large eddy simulation of the Cambridge/Sandia stratified flame with flamelet-generated manifolds: Effects of non-unity Lewis numbers and stretch. Combustion and Flame, 2021, 227: 106-119.