1、超聲速湍流燃燒中存在著湍流、激波、燃燒波等諸多復雜物理場的相互作用，本文基于高精度直接數(shù)值模擬理論，發(fā)展了適合大規(guī)模并行運算的超聲速湍流流動燃燒直接數(shù)值模擬計算平臺，分別對正激波、爆轟波與各向同性湍流相互作用、超聲速單相和氣液兩相湍流射流燃燒進行了對比研究，以揭示超聲速湍流燃燒中的湍流-激波-火焰-液滴間多物理場耦合作用的基本規(guī)律。
　　本文對正激波和各向同性湍流干涉現(xiàn)象進行了直接數(shù)值模擬，以研究湍流和激波的相互作用機理。研究發(fā)現(xiàn)

2、湍流受到激波的強壓縮作用，各方向的速度脈動和渦量脈動得到增強，且呈現(xiàn)出強各向異性狀態(tài)，下游湍流逐漸向各向同性恢復;湍流渦結構流向上被強烈壓縮，尺度減小;激波表面在湍流作用下變得褶皺，且激波表面運動與上游的速度脈動的相關性最大。對不同湍流脈動強度來流和激波相互作用研究發(fā)現(xiàn)激波前后湍流雷諾應力的增加量隨著湍流強度的增加而減小，湍流尺度減小量也減小，下游湍流向各向同性恢復更快;隨著來流湍流脈動強度的增大，激波表面更加的褶皺，甚至流場中正激波結

3、構被破壞，形成激波“洞”結構。
　　本文對各向同性湍流和爆轟波的相互作用進行了模擬，以研究湍流-激波-火焰的相互作用機理。分別對無湍流脈動，不同渦脈動強度，熵脈動來流下馬赫數(shù)為3的爆轟波的發(fā)展進行了比較研究，研究發(fā)現(xiàn)爆轟波的傳播呈現(xiàn)出典型的三波結構:馬赫干、入射激波、橫波，橫波和三波點周期性運動形成爆轟波胞格結構，渦脈動和熵脈動作用下爆轟波面發(fā)生褶皺，而三波點的周期性運動和碰撞并沒有改變，但周期被延長，胞格長度略微增大。三波點碰撞

4、時產生兩個旋轉方向相反的渦，在渦旋的卷吸作用下，反應物被帶入反應區(qū)，形成未完全反應氣團。相對于無反應的湍流和激波相互作用，湍流和爆轟波相互作用后雷諾應力增強幅值更大。不同湍流強度的來流作用下，爆轟波胞格結構變化不大，爆轟波后流體的脈動主要受到三波點碰撞產生的大尺度漩渦結構的影響。馬赫數(shù)為4時爆轟波更不穩(wěn)定，胞格結構是不規(guī)則的，入口的湍流脈動對爆轟波結構的影響更為復雜。
　　本文基于三維空間發(fā)展的超聲速射流抬升火焰的直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)

5、庫，對超聲速湍流燃燒小火焰模型、條件矩模型進行了研究。DNS結果顯示出與小火焰計算結果較好的一致性;對于超聲速火焰計算，應先求解總能量，再從總能和組分場來計算溫度，以更好地考慮可壓縮效應的影響。采用DNS數(shù)據(jù)對條件矩模型中未封閉項的子模型進行分析和驗證發(fā)現(xiàn)，混合分數(shù)的概率分布基本符合假定的截斷的高斯分布和β分布。線性模型可以用來對于軸向速度的預測。Girimaji模型對條件平均標量耗散率的預測結果與DNS結果在火焰的上游一致。下游AMC

6、模型對標量耗散率的預測偏差更小。反應源項的一階封閉相比DNS結果偏差較大，需采用高階封閉或雙條件矩模型。
　　本文對超聲速氣液兩相湍流射流火焰進行了直接數(shù)值模擬，研究火焰中存在的湍流-火焰-液滴蒸發(fā)之間的耦合作用機理。分別對僅有蒸發(fā)無反應工況NR、反應工況R1和二倍的燃料供給的反應工況R2進行了模擬研究。兩相火焰與氣相火焰相比，兩相火焰面上因液滴蒸發(fā)而存在局部的低溫區(qū)域，火焰面形成更多的條帶結構及離散的火焰團。燃燒場中同時存在預混

7、和擴散火焰，預混火焰對總體釋熱的比重隨著下游發(fā)展逐漸增大到50％以上。對無反應工況NR和反應工況R1進行對比研究發(fā)現(xiàn)燃燒增強了液滴的蒸發(fā)，相同位置的液滴的流向速度更大。燃燒對湍流脈動產生影響，在反應劇烈的剪切層，反應工況的雷諾應力更大，而對于中心區(qū)域，則無反應工況的雷諾應力更大。在混合分數(shù)空間統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，燃燒增強了流場內溫度、組分的脈動，增大了混合分數(shù)的耗散率。對兩相湍流燃燒模型進行分析發(fā)現(xiàn)混合分數(shù)和假定的β概率密度函數(shù)分布基本吻合，燃燒