直接数值模拟可提高燃烧效率减少污染

形容词酷是相对的：冷焰燃烧的温度低于1,150开氏度(1,610华氏度)，大约是2200开氏度的典型火焰燃烧温度的一半。虽然在19世纪早期首次观察到冷却火焰，但它们的性能和柴油发动机设计的实用性最近才被研究过。

“在点火和火焰稳定过程中，我们试图量化冷却火焰对分层湍流射流的影响。收集的见解将有助于提高效率，更清洁的燃烧发动机，”陈说。“我们的圣杯是了解湍流混合的物理特性以及高压点火化学，以帮助开发可用于优化发动机设计的预测计算流体动力学模型。”

该团队的研究表明，在自燃(燃烧发动机中喷射燃料的自燃)过程中，冷却火焰加速了点火核的形成-在贫燃料区域，微小的局部高温场所会产生完全燃烧的火焰。。这项工作是在桑迪亚的燃烧研究设施中使用直接数值模拟进行的，这是一个强大的数值实验，可以解决所有湍流尺度，并作为主要作者在克里斯曼的“燃烧研究所学报”上发表。这项工作得到了能源部(DOE)基础能源科学办公室的支持。

Borghesi通过对正十二烷(一种柴油替代燃料)进行三维研究，进一步扩展了冷焰研究，该燃料是桑迪亚发动机燃烧网络最近关注的柴油喷雾燃烧研究(Krisman用二甲醚研究的研究，更简单的燃料，是二维的)。Borghesi的论文正在等待发表。总之，Krisman和Borghesi的论文将对不同点火阶段的自燃火焰中的低温化学进行全面研究。

酷火可以改善发动机设计

启动发动机的细节通常被认为是理所当然的。与汽油发动机不同，其中燃料-空气混合物用火花塞点燃，在柴油发动机中，燃料必须在注入活塞顶部活塞中的热压缩空气时自动点燃。行程。当燃料喷射到发动机汽缸中时，快速混合和燃烧结合起来燃烧燃料并驱动发动机。虽然这仅持续几分之一秒，但启动这一强大过程的火焰条件对于提高发动机效率和减少污染形成至关重要。

冷却火焰研究是在美国能源部的橡树岭领导计算机构Titan上进行的，这是一台27千万亿次的超级计算机，使用DOEINCITE的计算资助，或创新和新颖的计算对理论和实验的影响。使用世界上最大的超级计算机(如Titan)进行计算，需要对自燃过程进行准确而详细的计算。

“燃烧过程很难研究，因为燃料本身非常复杂，”Borghesi说。“燃料氧化化学由数百种物质和数千种化学反应组成。柴油燃烧的真实模拟需要在包括湍流混合和传热的整体模型中准确捕捉这种复杂化学物质。”

作为DOEExascale计划项目的一部分，该团队与外部机构(包括NVIDIA;LawrenceBerkeley，OakRidge，Argonne和LosAlamos国家实验室，国家可再生能源实验室和斯坦福大学)合作开发性能便携式算法以增强直接数值模拟燃烧研究的计算效率。

团队关注转向速度，柴油发动机的火焰结构

在未来，该团队希望调查有关柴油发动机条件下火焰速度和结构的基本问题，并研究与多组分燃料相关的喷雾蒸发，点火，混合和烟灰过程之间的关系。这些基本问题将有助于研究冷焰在发动机能量生产中的关键作用，并运用在亿亿级超级计算机上运行的直接数值模拟的宝贵功能，作为一种高度精确和详细的数值模拟方法。

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