与氢燃料相比，碳氢燃料作为低高超声速飞行状态（马赫数<8）下运行的超燃冲压发动机燃料更为实用。相对于常见碳氢燃料，液体煤油具有高体积能量密度且易于处理的优势，是一种理想超燃冲压发动机燃料。由于液态煤油的超声速燃烧过程不但涉及液滴的破碎和雾化，而且还包含与湍流、激波和燃烧的相互作用，这给相关试验测量带了巨大的困难。因此，采用高精度的数值模拟准确还原液态煤油的超声速燃烧过程有助于进一步理解其物理过程。

为了降低液体煤油燃烧的计算成本，以前的数模拟研究大多使用总包反应机理和假设液态煤油在燃烧之前已经完全汽化并且点火后立即达到化学平衡。然而，快速汽化和快速化学反应的假设会导致燃烧室中出现更集中的热释放、非物理热壅塞和更高的峰值压力。与详细的化学机理相比，总包机理无法准确再现自燃和火焰传播过程，而这对于描述具有与超声速流驻留时间相当的化学时间尺度的煤油燃烧十分重要。

中国科学院力学研究所和厦门大学的研究人员联合在《Fuel》发表文章。该研究理论上发展了适用于两相湍流燃烧的动态分区火焰面模型，基于改进延迟脱体涡方法和煤油骨架机理研究气/液态煤油超声速燃烧过程之间的异同。结果表明，尽管液态煤油的喷射速度比气态煤油低一个数量级，然而液体煤油在凹腔中的驻留时间却高了两个数量级。气态和液态煤油燃烧的反应放热位置也存在显著差异。对于当量比为0.215的液态煤油的燃烧过程，燃烧过程受剪切层的混合效率控制，燃烧模态为凹腔剪切层稳定燃烧模态。当量比为0.27-0.43时，燃烧过程受凹腔回流区的煤油输运速率控制，燃烧模态为凹腔回流区稳定燃烧模态。

原文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001623612102891X?dgcid=coauthor