小尺度时空周期性流动中火焰的有效 Lewis 数与燃烧速度

考虑在快速变化、小尺度、零均匀、时空周期性流动中传播的厚反应区预混合火焰。采用大激活能渐近法和均匀化理论来确定受通过流动增强扩散影响的有效 Lewis 数 $Le_{\mathrm{eff}}$ 和有效燃烧速度比 $S_T/S_L$。随着流动 Peclet 数 $Pe$ 变大，有效燃料扩散系数和有效热扩散系数分别表现为 $(PeLe)^\sigma$ 和 $Pe^\sigma$，其中 $Le$ 为 Lewis 数，$\sigma \leq 2$ 为取决于流动及火焰传播方向的常数。当流动为稳定、单向、均匀的剪切流时，取最大值 $\sigma=2$；而对于稳定的二维平方涡旋，$\sigma=1/2$。一般情况下，常数 $\sigma$ 通过求解线性偏微分方程来确定。扩散系数的尺度律导致有效 Lewis 数和有效燃烧速度比呈相应尺度律形式：$Le_{\mathrm{eff}}\simeq Le^{1-\sigma}$ 和 $S_T/S_L\sim (Pe/Le)^{\sigma/2}$。讨论了热膨胀和体积热损失对火焰的影响。特别指出，对于 $Le<1$ 的情况，熄灭极限被放大了 $1/Le^\sigma$ 倍；而对于 $Le>1$ 的情况，则被相同因子缩小，这是由于流动增强扩散所致。讨论了结果对湍流燃烧的潜在影响。特别强调了在高强度小尺度流动中，火焰对 $Le$ 的依赖性，这一依赖性与流动引起的扩散相联系，而非与传统的分子扩散和曲率效应相联系。有效 Lewis 数还可解释为何湍流有助于 $Le>1$ 混合物的点火，但阻碍 $Le<1$ 混合物的点火。