国家自然科学基金重大研究计划“面向发动机的湍流燃烧基础研究”简介

发动机是战机、舰艇、坦克、导弹、航天器等装备的“心脏”，发动机自主研制是国家意志和战略需求。燃烧是发动机的动力来源，发动机面临的污染物排放、喷嘴积碳、叶片烧蚀、慢车熄火、高空再点火、爆震、振荡燃烧等一系列问题均可归因于湍流燃烧问题，其核心是湍流与化学反应的相互作用。因此，国家自然科学基金重大研究计划“面向发动机的湍流燃烧基础研究”批复立项（研究周期：2014-2022），旨在揭示燃烧反应和湍流燃烧本质规律，促进我国发动机基础燃烧研究水平的整体提升，支撑国家在发动机领域的科技创新。

该重大研究计划面向国家解决先进发动机问题的重大战略需求，以发动机燃烧共性科学问题为核心，瞄准国际燃烧研究前沿，拟通过燃烧学、流体力学、物理化学、计算科学、光谱学等多学科的交叉，在燃烧反应微观机制和动力学计算方法、大分子碳氢燃料燃烧反应机理、燃烧和湍流相互作用机理、极端条件燃烧稳定机理、湍流燃烧数值模拟新算法与先进实验测量诊断技术等方面取得突破，发展宽范围燃烧中间产物诊断、高精度湍流燃烧数值模拟、高分辨率多场多组分燃烧流场同步测量等一系列平台，为我国发动机可控燃烧技术的发展提供理论支撑，建设一支有国际影响力的研究队伍，提升我国在先进发动机设计及燃烧基础研究领域的整体创新能力和国际地位。

为实现上述科学目标，该重大研究计划拟重点研究以下核心科学问题：（1）宽范围燃烧反应动力学。需要重点解决以下关键问题：面向发动机的碳氢燃料燃烧关键基元反应过程的定量诊断和理论描述，包括激发态、超快非绝热、多势阱、压力依赖等碳氢燃料燃烧关键基元反应过程的定量诊断和理论描述；温度、压力等对大分子碳氢燃料反应路径的影响机制；速率常数计算、反应机理构建和简化过程中的误差传递机制。（2）受限空间内复杂湍流和燃烧的相互作用。需要重点解决以下关键问题：湍流对火焰及火焰动力学的影响机理及其定量表征；化学反应对湍流和标量的小尺度结构和能谱的影响机理；化学反应和湍流共同控制的组份小尺度混合机理；多物理、多参数耦合对湍流燃烧相互作用的影响机制。（3）极端条件下燃烧及燃烧稳定性。需要重点解决以下关键问题：运动激波、湍流、燃烧多尺度的相互作用及表征；参数突变及大梯度变化下湍流燃烧耦合机理；极端条件下可控燃烧机制；极端条件下燃烧污染物生成机理与控制方法。

该重大研究计划重点资助研究方向为：（1）燃烧反应微观机制和宽范围大分子碳氢燃料燃烧反应机理；（2）高雷诺数湍流与化学反应耦合机理和湍流燃烧的定量表征理论、方法与可预测模型；（3）参数突变诱导的不稳定燃烧机制和极端条件下燃烧组织与调控方法。