高雷诺数超声速混合层标量输运与扩散特性研究进展沈赤兵1,2，石少平3，冯军红1,2（1.国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073；2.国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室，湖南长沙410073；国防科技大学训练部，湖南长沙410073）摘要：组合循环发动机内部的富燃燃气与空气的混合过程具有高雷诺数、超声速混合的特点，混合层内的温度、组分浓度等标量输运与扩散过程是制约气气混合与燃烧过程的重要因素。高雷诺数条件下，混合层内的湍流尺度、动量与标量输运和扩散、涡形态、标量界面演化呈现更为复杂的物理机制。本文阐述了超声速混合层标量混合在组合循环发动机中的应用背景，综述了超声速混合层以及超声速混合层标量混合过程的国内外研究进展，针对高雷诺数超声速混合层标量输运与扩散特性研究中存在的不足提出了解决办法，指出了该领域值得深入开展的研究方向。关键词：组合循环发动机；超声速混合层；标量混合；雷诺数；强化混合中图分类号：V437文献标识码：A文章编号：15100008ScalartransportanddiffusionstudyprogressofsupersonicmixinglayerwithhighReynoldsnumberSHENChibing1,2,SHIShaoping3,FENGJunhong1,2(1.CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China；2.ScienceandTechnologyonScramjetLaboratory,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China；3.TrainingDepartment,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract：Themixingprocessesoffuel-richgasandairinthecombustorofcombinedcycleenginewasviewedasthesupersonicmixinglayerwhichwasfeaturedbythehighReynoldsnumber.Moreover,thetransportanddiffusionprocessesofscalarsincludingtemperatureandconcentrationwereimportantfactorsforcontrollingthegas-gasmixingandcombustionprocess.UnderhighReynoldsnumber,theturbulencescale,thetransportanddiffusionofscalar,vortexshapeandscalarinterfacialareaofthemixingflowfieldrevealedmorecomplexphysicalmechanisms.Inthispaper,theapplicationbackgroundofthescalarmixinginthesupersonicmixinglayeronthecombinedcycleenginewasintroduced,andthestudyprogressofthesupersonicmixinglayerandthescalarmixingprocessinthesupersonicmixinglayerbothathomeandabroadwassummarized,thenthemethodsforcounteractingtheshortcomingsofthestudyonscalartransportanddiffusioncharacteristicsofsupersonicmixinglayerwithhighReynoldsnumberwereproposed.Finally,somedirectionsbeingworthstudyingdeeplyinthefieldwerepointedout.Keywords：combinedcycleengine;supersonicmixinglayer;scalarmixing;Reynoldsnumber;intensifyingmixing.高效气气掺混与燃烧组织技术是组合循环发动机急需突破的关键技术，而发动机内部的富燃燃气与空气混合过程可抽象为高雷诺数超声速标量混合物理现象。高雷诺数下的温度、组分浓度等标量输运与扩散过程仍然是制约气气燃烧的重要因素。随着高超声速飞行器的兴起和发展，以超燃冲压发动机为工程牵引，可压缩混合层以及超声速混合层获得了长足的发展；混合层发展的三个方面，混合层稳定性分析、数值仿真以及实验研究都日臻成熟；许多重要的结论，包括混合层的惯性不稳定、拟序结构的出现与演化以及混合层增长率受到压缩性抑制等都得到了普遍的认可和应用。但是近些年，随着新型的组合收稿日期：2015-10-9基金项目：国家自然科学基金资助项目（11572346）作者简介：沈赤兵（1968—），男，博士，研究员，博士生导师。E-mail:cbshen@nudt.edu.cn1循环发动机概念的提出，与之相对应的关键技术——高效气气掺混燃烧技术的工程需求，使得超声速湍流混合层再次成为人们研究的热点。目前比较流行的组合循环发动机（双燃烧室冲压发动机、TBCC、RBCC以及ATR）都普遍采用了多级燃烧技术，即预燃室喷出的富燃燃气与来流空气在补燃室内再次燃烧以产生推力因而如何提高富燃燃气与来流空气的热释率与燃烧效率对这些组...