湍流火焰中的涡面结构演化。
如今，在宽工况范围及参数突变的极端环境下实现可控燃烧，已成为先进发动机研制的核心技术难题，这方面的突破将推动我国发动机技术迈向更高水平。然而，由于对极端压力、温度和流速等复杂工况下湍流燃烧基本规律的认知尚不充分，阻碍了发动机性能的进一步提升。
在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”的支持下，我国科研工作者面向发动机湍流燃烧共性基础科学问题，在燃烧反应微观机制、湍流-燃烧作用规律和极端条件稳燃机理方面取得一系列理论创新。
在宽范围燃烧反应动力学方面，精确的速率系数是构建复杂反应体系燃烧动力学模型的基础。科研团队针对大分子燃料反应速率系数计算精度和耗时匹配难题，提出了分层理论（ONIOM）和能量分块方法，建立了我国自主开发的全量子力学反应力场计算平台。
研究发现，燃烧活泼中间体主导链分支过程并影响燃烧性能。针对瞬态中间体定量测量难题，科研团队发展了高灵敏度光电离质谱测量方法结合超声分子束取样技术，成功探测到火焰中超活泼中间体，如自由基、过氧化物等。这项研究破解了短寿命燃烧中间体测量难题，为低温氧化理论提供了直接的实验证据。
针对我国航油基础燃烧数据库的不完善问题，相关科研团队集成国内基础燃烧平台优势构建了“宽范围航油燃烧性能宏/微观基础表征参数”数据库，形成了适用于国产航空煤油的宽范围化学反应动力学机理与数据库。
该数据库的建立使相关研究所需的数据从单个离散的数据点发展到1343个数据集，大于30000个数据点，为我国航油模型燃料动力学模型开发提供了验证数据。
同时，科研团队建立了燃烧反应网络的全路径预测模型，实现了发动机改性燃料燃烧反应网络的分子层级调控。
在受限空间内复杂湍流和燃烧的相互作用方面，针对涡与火焰结构定量表征，科研团队开发了涡面场方法定量表征预混燃烧中涡与火焰的相互作用，首次实现在燃烧场中定量表征连续演化的涡面结构，为发动机湍流燃烧模式的定量识别奠定了理论和方法基础。
围绕湍流与火焰相互作用机制，科研团队建立了宽压力范围、可控强湍流下，各向同性湍流火焰传播速度统一标度律，揭示了火焰多级加速、火焰胞状结构生长/分裂对火焰传播速度的增强机制。该研究在湍流火焰传播速度方面取得了重要的理论进展，为湍流燃烧建模提供了可靠的数据资源。
研究还发展了化学反应和湍流协同控制的组分小尺度混合模型，基于空间分区自适应的雾化、蒸发、湍流混合和燃烧模型，显著改进了发动机湍流燃烧仿真的预测精度。
在极端条件下燃烧及燃烧稳定性方面，科研团队发展了多种先进检测技术，实现了极端条件下相关燃烧室高重频同步非接触式测量，为发动机高压燃烧过程的高重频可视化奠定了基础。
针对超稀薄当量比下的点火和熄火难题，科研团队开展了数值模拟和实验测量研究，揭示了火焰可燃极限的影响机制，形成了多种类型的等离子体助燃方法，拓宽了先进航空发动机的稳定燃烧边界。
此外，科研团队还改进了碳氢复合燃料，降低了煤油的自着火温度和着火延迟，实现了可靠的火焰驻定和稳定燃烧。
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