空天推进系统作为火箭、导弹、飞机等飞行器的“心脏”，其性能直接决定飞行器的性能，甚至决定任务的成败。推进系统中存在的多相复杂流动会对其性能造成显著影响，对此类流动的深刻认识与理解是先进推进系统设计研制的必然需求。空天推进系统中的多相流动具有显著的多态性和运动的复杂性，对其进行高精度的数值模拟是极具挑战性的科学难题。在庆祝全球顶级期刊《Science》创刊125周年之际，该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学问题，其中第43个即是关于多相流动的“湍流动力学和颗粒材料运动学的综合理论”。

在国家重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划、面上项目、国防973重点项目、军科委173领域基金等项目的支持下，项目组围绕空天推进系统多相流动中需要解决的关键基础科学问题进行了长期的研究，探索了空天推进系统多相流动机制机理，建立了空天推进系统多相流动行为模型，提出了基于SPH-FVM耦合的复杂多相流高精度数值模拟理论与算法，并应用于空天推进系统典型多相流动数值模拟，取得了多项具有国际影响力的研究成果，具体研究内容如下：

（1）空天推进系统多相流动机制机理。通过试验研究了高超声速推进系统进气道内等离子射流控制激波形成的多相复杂流动、固体火箭发动机内铝粉的燃烧与输运、凝胶推进剂的流变与雾化、含碳颗粒凝胶推进剂雾化与燃烧等，揭示了空天推进系统典型复杂多相流动的机制机理；

（2）空天推进系统多相流动行为建模。针对空天推进系统中典型粒子行为，建立了颗粒蒸发、颗粒碰撞、颗粒破碎、颗粒有限速率燃烧、颗粒沉积等过程的描述模型，为构建颗粒在不同状态下的统一宏观预测理论奠定了基础；

（3）空天推进系统多相流动数值模拟方法。针对空天推进系统流动多相、多尺度的特点，发展了高精度/高分辨率有限体积方法、基于颗粒动力学模型的光滑离散粒子流体动力学方法以及统一气体动理学粒子方法，开发了空天推进系统复杂两相流动求解的SPH-FVM耦合软件，实现了空天推进系统中含有颗粒流动、蒸发、燃烧、碰撞、破碎等复杂物理化学过程的高效精细化数值模拟。

（4）空天推进系统典型多相流动过程数值模拟。开发的计算软件应用于固体火箭发动机喷管内气-粒两相流、颗粒燃烧及产物沉积过程、过载条件下燃烧室内气-粒两相流、凝胶发动机中的射流撞击雾化、凝胶液滴微爆、铝颗粒的团聚蒸发燃烧、冲压发动机内剪切气流驱动液滴流动蒸发等空天推进系统典型多相流动过程数值模拟，并针对计算结果对空天推进系统的设计研制、使用保护等提出了具体的意见建议。

项目的主要科学发现点与创新点包括：

（1）创造性地提出了颗粒介质全相态的概念，阐明了不同颗粒相态之间的耦合与转化机制，首次建立了描述颗粒介质经历全部相态的耦合模型理论，突破了颗粒介质运动多种相态统一描述的难题；

（2）创造性提出了求解颗粒运动问题的光滑离散颗粒流体动力学新方法，阐明了计算粒子与实际颗粒之间的对应关系，实现了一条由微观机理分析到宏观模型建立再到微观粒子仿真的新路径，突破了颗粒流动微观粒子描述与宏观拟流体描述无法同时满足的难题。

（3）创造性提出了数值格式耗散与色散分别优化的思想，构造了具有最小色散、可控耗散的数值格式，实现了气相湍流等复杂多尺度流场的高分辨率、高效数值模拟。

（4）提出了一种新的求解单分散气-粒两相流的统一气体动理学格式，发展了统一气体动理学粒子方法求解器，打破了传统求解气-粒两相流数值方法仅适用于单尺度问题计算的局限性。

（5）建了全新的求解气体-颗粒两相流的数值计算方法——SDPH-FVM耦合新方法，突破了传统方法无法同时模拟颗粒流动、蒸发、燃烧、碰撞、破碎等复杂物理化学过程的难题，计算的效率较传统颗粒动力学方法提高百分之五十。

本成果历时10余年研究，相关算法与模型形成了以SPH-FVM耦合算法为核心的、拥有自主知识产权的计算软件，在科学出版社出版专著4部，发表学术论文87篇，SCI检索38篇，8篇代表性论文他引156次，获批基金项目10项，授权专利6项，软著13项，培养研究生25名，相关工作得到了国内外知名学者如中国科学院院士、国际宇航科学院院士张贵田、中国科学院院士张涵信、邓小刚、中国工程院院士侯晓、国际知名计算力学学者、美国辛辛那提大学宇航工程与工程力学系教授GR Liu 、APS Fellow、TUM教授Adams、AIAA Fellow 符送教授及其团队持续的关注、引用与评价，产生了显著的军事、经济和社会效益，为陕西省军工发展与经济建设做出了重要贡献。