2024.7.25更新
氢能动力燃烧实验室
清洁低碳燃烧中心，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，绿色氢电全国重点实验室
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仍有较大差距，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技术。
氢能动力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难题，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、氢氨发动机实验平台，以及多参量燃烧激光诊断平台和大规模GPU+CPU数值仿真平台。系统研究湍流燃烧不稳定性和燃烧组织技术，零碳动力系统和氢能安全技术，开发面向动力装备智能化和燃烧室研发的光学诊断和智能感知技术，开展动力系统仿真建模研究和自主工业软件代码研发。
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：氢氨燃烧技术及零碳动力系统
3. 面向智能化：燃烧光学诊断与智能感知
4. 面向数字化：动力系统仿真建模与工业软件研发
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] 两机专项课题，热声耦合模型与燃烧振荡理论预测方法，2020-2024
[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 Mao, Weijie Zhang, Xiao Cai, Zuohua Huang. Experimental investigation of low-temperature autoignition in turbulent premixed swirling flames. Proceedings of the Combustion Institute. 2023;39:4801-10.
2. 面向碳中和：氢氨燃烧技术及零碳动力系统
能源动力系统是碳达峰、碳中和的主战场，氢是大容量、长周期、跨时空的可再生能源储能载体，氢储能、绿氢将是碳中和能源系统的核心。燃烧仍将是氢能利用的重要技术，包括内燃机、燃气轮机、航空发动机、工业燃烧、冶金、民用采暖等广泛场景。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、甲醇、金属等低碳零碳燃料燃烧利用过程中的基础理论、关键技术及装备研发，以及发展氢能安全技术。包括氢能动力燃烧基础理论与关键技术、氢发动机研发、发动机-燃料电池耦合动力系统。
氢旋流火焰； 氢回火； 氢发动机实验室
代表性项目和论文：
[1] 联合基金重点项目，氢燃料多簇微混喷嘴燃烧室燃烧组织方法，2024-2027
[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. Proceedings of the Combustion Institute. 2023;39:4541-51.
3. 面向智能化：光学诊断与智能感知
复杂化学反应流是能源转化、航空航天、石油化工等工业的重要过程，光学诊断与智能感知具有高时空分辨率、高灵敏度、感-知-联一体化等优点，将赋能化学反应流实验研究和装备智能监测与控制。实验室拥有PLIF、PIV、瑞利散射、拉曼散射、MTV、双线LIF、LII、高速纹影等光学诊断平台，并积累了丰富的多元信息激光感知技术开发经验。“控光”和“玩火”是实验室的主旋律，我们致力于发展先进激光感知技术，支撑复杂化学反应流理论与技术研究、下一代动力装备研发和智能化。
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] 两机专项外委课题，等离子体激励式火焰稳定器雾化蒸发特性与流场调控机理研究，2024.5-2024.12
[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. Proceedings of the Combustion Institute. 2023, 39, 4215–4226.
4. 面向数字化：燃烧室先进仿真技术及发动机数字化研究
数值仿真是实现发动机“预测式设计”和构建发动机数字孪生体的关键技术。自主可控的数值仿真工业软件和发动机数字化平台，对于支撑发动机研发和保障工业体系安全具有重要意义。我们致力于解决发动机“心脏”燃烧室的大涡模拟LES技术，面向多时空尺度化学反应及其与湍流的强耦合作用，开发适用于工业应用和兼具效率、精度、稳定性及易用性的先进求解方法。目前主要开发火焰面模型（Flamelet）体系，以建表降维实现燃烧计算数量级式加速，建立AI赋能的复杂燃烧高保真复刻方法，并开发CPU/GPU异构并行加速模型方法。
发动机、燃气轮机及基础湍流火焰模拟
代表性项目和论文：
[1] 两机基础科学中心重点项目，水蒸气环境灵活燃料纯氧湍流燃烧模型开发及模拟研究，2022-2024
[2] Weijie Zhang, Wang Han, Jinhua Wang∗, Zuohua Huang, Wu Jin, Jeroen van Oijen. Large-eddy simulation of the multi-regime turbulent flame MRB26b using flamelet-generated manifolds, Combustion and Flame, 2023, 257: 113001
[3] Weijie Zhang, Deli Li, Guangya Hu & Jinhua Wang*. LES of premixed jet flames subjected to extreme turbulence using flamelet-generated manifolds: a comparison of unstrained and strained flamelets, Combustion Theory and Modelling, 2024, 28: 1-19
