来流湍流对腔体火焰稳定器中预混燃烧的影响
流体动力学
2020-10-29 v2
摘要
使用间断伽辽金有限元方法代码 JENRE，在飞行焓为马赫数 5 的条件下，对弗吉尼亚大学超声速燃烧设施腔体火焰稳定器中的冲压喷气模式的燃烧进行了高分辨率模拟。先前的实验测得腔体入口处自由流湍流强度范围为 10–15%。本工作中为模拟实现了合成湍流入口生成器，以重现腔体入口处的湍流。由湍流入口边界条件产生的速度扰动和湍流强度被证明与设施中使用粒子诱导测速法测量的值相符。进行了有和没有来流湍流的模拟，以研究湍流对火焰稳定性和结构的影响。在这两种情况下，均实现了腔体稳定火焰。来流湍流促进了更稳健的燃烧，使火焰从腔体进一步传播到主流中，相对于轴向流动方向拓宽了火焰角。模拟中捕获的火焰角与实验结果和理论预测一致。识别出了腔体的涡脱落频率。还测量了腔体剪切层中的火焰应变率和压力波动，发现其以等于涡脱落频率的频率周期性变化。由涡脱落过程驱动的腔体剪切层中的高流动应变率被确定为火焰拉伸以及火焰穿过腔体斜坡时低 OH 浓度的原因。通过对比使用二阶和三阶精度间断伽辽金有限元的算例，讨论了空间分辨率对模拟的影响。
引用
@article{arxiv.2001.05893,
title = {Effect of Inflow Turbulence on Premixed Combustion in a Cavity Flameholder},
author = {Gabriel B. Goodwin and Ryan F. Johnson and David A. Kessler and Andrew D. Kercher and Harsha K. Chelliah},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.05893},
year = {2020}
}