高频声学强迫下贫燃氢-空气预混火焰的演化：火焰形态与位移速度

本文对二维层流贫燃氢-空气预混火焰进行了完全可压缩数值模拟，通过在入口处指定单极子型声源，使火焰前锋受到声学强迫。模拟在两种当量比（$\phi = 0.4$ 和 $\phi = 0.7$）下进行，声学频率范围为 35~kHz 至 500~kHz。在火焰-声学相互作用过程中，火焰从初始弱拉伸状态演化为指数扰动增长、褶皱相互作用以及非线性胞状结构的形成，并通过傅里叶模态分析识别出明显的线性和非线性阶段。不稳定性动力学强烈依赖于强迫频率和当量比。在 $\phi=0.4$ 的情况下，火焰行为受热扩散不稳定性影响显著，呈现出均匀胞、胞分裂和胞合并的特征序列。对于 $\phi=0.7$，较弱的热扩散效应导致其响应更强烈地受流体动力学不稳定性和大尺度褶皱增长主导。在低强迫频率下，火焰褶皱保持相对均匀；而在高频下，火焰前锋受到越来越强的调制并发展出包络状结构，这可以解释为内在驻波胞状模态与施加的声学扰动之间的相互作用。在线性增长阶段，密度加权位移速度 $S_d^*$ 对所有强迫频率均表现出与总拉伸率 $K$ 的线性相关性。而在非线性增长阶段，出现了两个不同的分支，分别对应于弱拉伸火焰段和与火焰夹断相关的强负曲率段。