模型超燃冲压燃烧室中入口边界层湍流对凹腔火焰稳定影响的直接数值模拟
流体动力学
2025-01-07 v2
摘要
通过直接数值模拟，本文研究了在模型超燃冲压发动机中由凹腔火焰稳定器稳定的超声速贫燃预混氢气/空气燃烧，其特征为 1000 K 和 50 kPa 下的 Mach 1.5 入口流。通过分别实现壁面约束湍流和层流入口条件，本工作分析了火焰稳定和湍流-火焰相互作用的各种物理过程，以研究入口边界层条件的影响。结果表明，在两种情况下，燃烧均发生在凹腔剪切层内，并沿下壁向下游传播。此外，在层流入口情况下，后壁处的强烈撞击导致更大的凹腔阻力。此外，对气体交换和输运过程的研究表明，在层流入口下，进入的气体通过强烈的质量交换过程以及主涡和次涡之间较弱的相互作用积聚在凹腔后部。进一步研究了火焰拉伸和厚度，以阐明超声速流动中的湍流-火焰相互作用。结果表明，具有入口壁面约束湍流的情况表现出与以往研究相似的行为，而在层流入口情况下，由于卷起涡旋的存在，凹腔剪切层前部观察到的现象有所不同。总体而言，切向应变率和曲率的影响与先前结果一致，且在两种情况下火焰厚度的演化均是由这两个因素的共同作用引起的。
引用
@article{arxiv.2305.10178,
title = {Direct numerical simulation of inflow boundary-layer turbulence effects on cavity flame stabilisation in a model scramjet combustor},
author = {Minqi Lin and Jian Fang and Xi Deng and Xiaojun Gu and Zhi X. Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.10178},
year = {2025}
}