含分散相颗粒有化学反应流体R-M不稳定性的数值模拟

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1730104
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A31.NSFC-中物院联合基金
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Researchers have applied a large amount of studies for the Richtmhyer-Meshkov (R-M) instability formed on the compressible non-reacting single-phase fluid interface for instance impacted by shock wave. However, for the R-M instability occurred in the complicated flows with chemical reacting or laden with dispersed particles, the relative research is rare and there is still lack of knowledge. Based on a hybrid model combing the Eulerian continuous phase and Lagrangian dispersed phase, the present project aims to develop a three-dimensional numerical schemes and algorithms with high accuracy and high resolution, which are suitable for the compressible reacting flows laden with dispersed particles. Therefore, the capture of shocks and fluid interfaces and the track of dispersed point mass particles will be achieved. Based on the database from the numerical simulations, the effects of detailed chemical reactions on the dynamic evolution of fluid interface will be investigated and the action mechanism of reaction in the R-M instability will be revealed. The simulation studies of inert particles and compressible two-phase flows considering one- and two-way coupling will be applied in order to investigate the effects of dispersed particle density, size and mass loading ratio on the dynamic evolution of fluid interface. The present research aims to illustrate the physical mechanism controlling the reacting R-M instability, as well as the interaction between the continuous fluid and dispersed particles and its effect on the evolution of interface. In addition, numerical simulation algorithms and program platforms with independent intellectual property rights will be formed and established, and these research and application have important academic significance and engineering application value.
国内外学者对激波冲击无反应单相流体界面诱导的R-M不稳定问题开展了大量研究,但对于有化学反应或流体中负载分散相颗粒时的R-M不稳定研究则鲜见报道。本项目将基于连续相流体欧拉-分散相颗粒拉格朗日轨道模型的混合方法,发展适用于含分散相颗粒可压缩有反应流动的三维高精度、高分辨率数值格式及算法,实现激波、流体界面捕捉和离散质点颗粒追踪;基于数值模拟得到的数据库,研究详细化学反应对流体界面动力学演化规律的影响,揭示R-M不稳定中化学反应与流动结构发展的微观作用机理;分别开展惰性颗粒与可压缩流体单向、双向耦合的数值计算,探讨分散相颗粒密度、尺度、负载率等参数对界面动力学演化规律的影响。研究旨在揭示有化学反应的R-M不稳定物理机制,连续流体相与分散颗粒的相间作用规律及其对界面演化的影响机制,同时形成和建立我国自主知识产权的强可压缩两相反应流数值模拟算法和程序平台,具有重要的学术意义和工程应用价值。

结项摘要

R-M不稳定性在惯性约束聚变及超声速燃烧等领域具有广泛的应用,然而考虑化学反应及离散颗粒影响的研究则鲜见报道。本项目基于连续相流体采用欧拉方法、分散相颗粒采用拉格朗日方法的混合模式,发展了适用于含分散相颗粒可压缩有反应流动的三维高精度数值模拟方法,实现了激波捕捉和离散质点颗粒的追踪。该方法成功应用于含化学反应和分散颗粒的R-M不稳定性的数值模拟,揭示了化学反应和颗粒相液滴对R-M不稳定性增长机理的影响。通过改变入射激波强度、界面初始幅值、界面初始温度比、颗粒负载率等来说明它们对界面演化的影响。研究发现,1)化学反应对界面扰动幅值增长的影响由化学反应引起的膨胀效应和释热导致的对界面失稳的抑制作用共同决定,且入射激波强度增强,界面扰动幅值增长率增大,流体界面处发展出更多小漩涡,流体之间的相对运动更剧烈,促进了两侧流体掺混;2)负载分散相颗粒使界面形态变得复杂,界面的扩散厚度增大,提高掺混,促进扰动幅值增长;3 )颗粒使流场中发展出小漩涡,粒径大小对漩涡的产生和发展起重要作用,粒径、入射激波强度和液滴数量增大促进界面扰动幅值增长。总之,研究揭示有化学反应的R-M不稳定物理机制以及连续流体相与分散颗粒的相间作用规律及其对界面演化的影响机制,同时发展了自主知识产权的强可压缩两相反应流数值模拟算法和程序平台,研究成果具有重要的学术意义和工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Numerical analysis of wedge-induced oblique detonations in two-phase kerosene–air mixtures
煤油-空气两相混合物中楔形诱发斜爆的数值分析
  • DOI:
    10.1016/j.proci.2018.08.038
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Proceedings of the Combustion Institute
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Ren Zhaoxin;Wang Bing;Xiang Gaoming;Zheng Longxi
  • 通讯作者:
    Zheng Longxi
Numerical analysis on interactions of vortex, shock wave, and exothermal reaction in a supersonic planar shear layer laden with droplets
载有液滴的超音速平面剪切层中涡流、冲击波和放热反应相互作用的数值分析
  • DOI:
    10.1063/1.5011708
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ren Zhaoxin;Wang Bing;Zheng Longxi
  • 通讯作者:
    Zheng Longxi
Curved surface effect on high-speed droplet impingement
高速液滴撞击的曲面效应
  • DOI:
    10.1017/jfm.2020.926
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu Wangxia;Xiang Gaoming;Wang Bing
  • 通讯作者:
    Wang Bing
On high-speed impingement of cylindrical droplets upon solid wall considering cavitation effects
考虑空化效应的圆柱形液滴对固体壁的高速撞击
  • DOI:
    10.1017/jfm.2018.753
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Journal of Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu Wangxia;Xiang Gaoming;Wang Bing
  • 通讯作者:
    Wang Bing
Effect of the multiphase composition in a premixed fuel–air stream on wedge-induced oblique detonation stabilisation
预混合燃料空气流中的多相成分对楔形诱导倾斜爆震稳定性的影响
  • DOI:
    10.1017/jfm.2018.289
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Journal of Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Ren Zhaoxin;Wang Bing;Xiang Gaoming;Zheng Longxi
  • 通讯作者:
    Zheng Longxi

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超低地球轨道卫星大气阻力预测与影响因素分析
  • DOI:
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  • 作者:
    王兵;谢俊
  • 通讯作者:
    谢俊

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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