EAGER: Collaborative Research: A Novel Method for Laminar Burning Speed Measurement at Ultra High-Pressures

EAGER:协作研究:超高压层流燃烧速度测量的新方法

基本信息

  • 批准号:
    2137585
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2023-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The next generation of advanced combustion devices will operate under ultra-high pressure conditions in order to improve the combustion efficiency and reduce emission of pollutants. However, at such extreme conditions, flame tends to become unstable and experimental measurement of fundamental properties becomes challenging. The principal aim of this project is to provide a detailed time- and space-resolved measurements of the ignition process at high pressures. In addition, the measurement methodologies and developed computational models will have a broad and valuable impact on combustion and plasma communities by enabling predictive capabilities for designing and optimizing advanced combustion devices operating under extreme conditions. The project will also encompass significant educational activities, including classroom and community engagement, integration of research into relevant courses, undergraduate research program, and an outreach program for K-12 students.The main goal of this project is to develop a novel method to measure LBS in the ignition affected region using a spherically expanding flame under ultra-high pressures. The complication with this region is that, the kernel growth rate does not only depend on the chemical reaction but also on other terms such as energy discharge, as well as radiative and conductive energy losses. None of these terms has been adequately assessed, due to the generation of ionized gas (i.e., plasma). The proposed research will fill this broad knowledge gap via combined experimental and modeling studies focused in three specific aims: (1) using a well-defined and well-controlled high-pressure experimental configuration; (2) developing a self-consistent theoretical framework to explain the influence of energy discharge on the plasma formation and initial flame propagation; and (3) modifying an available high-fidelity direct numerical simulation (DNS) code to account for the evolution of the plasma kernel and the ignition process. On the experimental side, the project will utilize high-speed imaging of the plasma kernel propagation in conjunction with advanced laser diagnostics. The plasma properties will be calculated using statistical thermodynamics. This project, for the first time, aims to fundamentally understand the underlying physicochemical processes controlling the ultra-high pressure ignition in a high temporal and spatial resolution.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.
下一代先进燃烧装置将在超高压条件下运行,以提高燃烧效率,减少污染物排放。然而,在这种极端条件下,火焰往往会变得不稳定,基本特性的实验测量变得具有挑战性。该项目的主要目的是提供高压点火过程的详细时间和空间分辨测量。此外,测量方法和开发的计算模型将通过实现设计和优化在极端条件下运行的先进燃烧设备的预测能力,对燃烧和等离子体社区产生广泛而有价值的影响。该项目还将涵盖重要的教育活动,包括课堂和社区参与、将研究纳入相关课程、本科生研究计划以及针对 K-12 学生的外展计划。该项目的主要目标是开发一种新颖的方法来衡量在超高压下使用球形膨胀火焰在点火影响区域进行 LBS。该区域的复杂之处在于,内核生长速率不仅取决于化学反应,还取决于其他因素,例如能量放电以及辐射和传导能量损失。由于电离气体(即等离子体)的产生,这些术语都没有得到充分评估。拟议的研究将通过结合实验和建模研究来填补这一广泛的知识空白,重点关注三个具体目标:(1)使用明确且控制良好的高压实验配置; (2)建立一个自洽的理论框架来解释能量放电对等离子体形成和初始火焰传播的影响; (3)修改可用的高保真直接数值模拟(DNS)代码以解释等离子体内核和点火过程的演变。在实验方面,该项目将利用等离子体核心传播的高速成像与先进的激光诊断相结合。将使用统计热力学计算等离子体特性。该项目首次旨在从根本上了解在高时空分辨率下控制超高压点火的基本物理化学过程。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力评估进行评估,被认为值得支持。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)
Techniques for High-Speed Measurement of Accelerating Flame
加速火焰高速测量技术
Structure and Measurement of Atmospheric and High-Pressure Ignition Plasma
常压高压点火等离子体的结构与测量
High Pressure Spherically Expanding Laminar Flame Speed Measurement with Plasma Affected Data
利用等离子体影响数据测量高压球面扩展层流火焰速度
  • DOI:
    10.2514/6.2023-2050
  • 发表时间:
    2023-01-19
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    James Shaffer;Omid Askari
  • 通讯作者:
    Omid Askari
On the ignition kernel formation and propagation: an experimental and modeling approach
关于点火核的形成和传播:实验和建模方法
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/acc411
  • 发表时间:
    2023-03-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    James Shaffer;Steven Luna;Weiye Wang;F. Egolfopoulos;Omid Askari
  • 通讯作者:
    Omid Askari
Investigation and Modeling of Equilibrium Plasma for Spherical Flame Initiation and Measurements
用于球形火焰引发和测量的平衡等离子体的研究和建模
  • DOI:
    10.2514/6.2023-2058
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Shaffer, James;Askari, Omid
  • 通讯作者:
    Askari, Omid
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    2017-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Forough Farokhian;M. Jafarpour;M. Goli;Omid Askari
  • 通讯作者:
    Omid Askari
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  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
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