重力对 lean 氢气/空气火焰不稳定性的影响：从线性标度定律到非线性形态演化
流体动力学
2026-03-31 v1
摘要
均燃氢气/空气火焰的不稳定性特征已引起广泛关注，但重力的影响仍不充分了解。本研究通过进行具有详细化学与传质的二维时间分辨模拟，探讨了重力引起的瑞利-托马斯 (Rayleigh-Taylor, RT) 不稳定性对干扰线性增长率及不同尺度下火焰细胞形态非线性演化的影响。在线性阶段，进行了跨越各种当量比、初始温度和压力的参数组合研究；在每种情况下计算 various gravity 条件下的色散关系。重力效应在超稀燃、低温及高压条件下最为显著，建立了重力灵敏度与 Froude 数之间的普适标度定律。在非线性阶段，重力对 lean 氢气火焰的大尺度与小尺度结构具有相反作用：一方面，重力通过 baroclinic torque 机制抑制小尺度细胞结构的分裂；另一方面，促进大尺度指状结构的发展，从而增加火焰总表面积及全局燃烧速度。还分析了火焰细胞尺寸、位移速度、Karlovitz 数及局部曲率概率分布的重力效应。本研究的结果应促进对不同重力条件下氢气火焰动力学的基本理解，并为相关应用（包括火灾安全和太空推进）提供思路。
引用
@article{arxiv.2603.28249,
title = {Effects of gravity on lean hydrogen/air flame instability: From linear scaling law to nonlinear morphology evolution},
author = {Qizhe Wen and Yan Wang and Linlin Yang and Yiqing Wang and Thorsten Zirwes and Shengkai Wang and Zheng Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.28249},
year = {2026}
}