EAGER: Establishment of a High-Fidelity Simulation Infrastructure for Fuel Injection and Combustion in Supersonic Flows

EAGER:建立超音速流中燃油喷射和燃烧的高保真仿真基础设施

基本信息

  • 批准号:
    1853193
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.02万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2021-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The characteristics of the fuel droplets have a direct impact on the efficiency of a combustor. In supersonic propulsion systems, the details of the fuel injection process are difficult to measure in experiments. A high-fidelity computational framework for simulating liquid fuel dynamics in supersonic propulsion systems will be developed. The proposed computer program can be used to improve injector designs for high fuel efficiency and low pollutant emissions in supersonic aircrafts and rockets. The proposed computational framework will allow researchers to perform simulations on supercomputers that produce more detailed data than experiments can provide. The simulation program developed in this project will be open-source, based on which other researchers can develop new simulation capabilities. The outcome of this project will benefit both academia and industry of supersonic propulsion. Along with the research project, an exhibition on fuel injection will be developed for Baylor's Mayborn Museum. This exhibition will use the results obtained in this project to introduce fuel injection technologies to audiences of all ages.To accurately capture the gas-liquid interface and the complex topology changes due to breakup, a mass- and momentum-conserving volume-of- fluid method for compressible flows will be developed. High-order shock-capturing methods will be incorporated to resolve shock waves and shock-interface interactions. The Height-Function method will be used to calculate the interface curvature, and the balanced-force surface tension calculation will be extended to compressible flows. The above numerical methods will also be generalized for the quad/octree data structure to allow adaptive mesh refinement in user-defined regions. The parallelization of the code will be done through a tree decomposition approach instead of the conventional domain decomposition. As a result, the parallel performance will remain excellent even if a large number of refinement levels are used. Four different experiments of liquid jet breakups in subsonic and supersonic regimes will be simulated and compared to experimental measurements to validate the predictive capability of the proposed simulation framework.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
燃油液滴的特性对燃烧器的效率有直接影响。在超音速推进系统中,在实验中很难测量燃油喷射过程的细节。将开发用于模拟超音速推进系统中液体燃料动力学的高保真计算框架。提出的计算机程序可用于改善喷射器设计,以提高超音速飞机和火箭弹的高燃油效率和低污染物的排放。所提出的计算框架将使研究人员能够对超级计算机进行模拟,从而产生比实验提供的更详细的数据。该项目中开发的仿真程序将是开源的,基于其他研究人员可以开发新的仿真功能。该项目的结果将使超音速推进的学术界和行业受益。除研究项目外,还将为贝勒的梅伯恩博物馆(Mayborn Museum)开发燃油注入展览。该展览将使用该项目中获得的结果将燃料注入技术引入所有年龄段的受众。以准确捕获气体液体界面和由于分手,质量和动量支持的流体而引起的复杂拓扑变化将开发可压缩流的方法。高阶捕捉方法将合并以解决冲击波和冲击截面相互作用。高度功能方法将用于计算界面曲率,并将平衡力的表面张力计算扩展到可压缩流。上述数值方法还将概括为四/octree数据结构,以允许在用户定义区域中进行自适应网格细化。代码的并行化将通过树分解方法而不是传统的域分解来完成。结果,即使使用了大量的改进水平,并行性能也将保持出色。将模拟亚音速和超音速方案中液体喷气破裂的四个不同实验,并将其与实验测量结果进行比较,以验证拟议的仿真框架的预测能力。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的智力通过评估来支持的。优点和更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High-Fidelity Modeling and Simulation of Primary Breakup fo a Gasoline Surrogate Jet
汽油替代射流一次破碎的高保真建模和仿真
Natural oscillations of a sessile drop on flat surfaces with mobile contact lines
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.5.123604
  • 发表时间:
    2020-12-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Sakakeeny, Jordan;Ling, Yue
  • 通讯作者:
    Ling, Yue
Destabilization of a planar liquid stream by a co-flowing turbulent gas stream
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High-Fidelity Simulation of Primary Breakup of a “Spray G” Gasoline Jet with an Adaptive Mesh Refinement and Volume-of-Fluid Method
使用自适应网格细化和流体体积法对“Spray G”汽油射流的一次破碎进行高保真模拟
  • DOI:
    10.4271/2020-01-0826
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ling, Yue;Zhang, Bo
  • 通讯作者:
    Zhang, Bo
Modeling and detailed numerical simulation of the primary breakup of a gasoline surrogate jet under non-evaporative operating conditions
  • DOI:
    10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103362
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bo Zhang;S. Popinet;Y. Ling
  • 通讯作者:
    Bo Zhang;S. Popinet;Y. Ling
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  • 影响因子:
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    Yue Ling;He Zi-Meng;Liu Hong-Lai
  • 通讯作者:
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