热扩散不稳定的贫燃预混氢气-空气火焰的 FGM 建模
计算物理
2025-08-13 v2 流体动力学
摘要
超贫燃预混氢气燃烧是工业脱碳的一种可能解决方案，同时能限制火焰温度从而减少一氧化二氮排放。这些贫燃氢气/空气火焰经历强烈的优先扩散效应，导致热扩散（TD）不稳定性。为了高效且准确地模拟贫燃预混氢气火焰，将这些优先扩散效应纳入火焰面建表化学机制框架（如 Flamelet-Generated Manifold (FGM) 方法）至关重要。这具有挑战性，因为控制变量输运方程中的优先扩散项包含机制中所有组分的扩散通量。在这项工作中，提出了一种新的实现方法；通过仅考虑贡献最大的组分来简化完整项。在仔细选择这组主要组分时，可以捕获沿火焰前沿的优先扩散通量，即交叉扩散。这对于包含热损失效应的流形尤为重要，其中焓是控制变量之一。H 自由基的扩散对焓输运方程有显著贡献，且 H 自由基的交叉扩散不可忽略。对不含和包含热损失效应的两种流形及主要组分集合进行了先验和后验分析。对具有详细化学动力学和几种 FGM 模型的 TD 不稳定氢气-空气火焰的模拟表明，准确捕获焓的交叉扩散对于正确预测火焰形状和动力学至关重要。
引用
@article{arxiv.2503.02620,
title = {FGM Modeling of Thermo-Diffusive Unstable Lean Premixed Hydrogen-Air Flames},
author = {Stijn N. J. Schepers and Jeroen A. van Oijen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.02620},
year = {2025}
}