热扩散不稳定氢-空气火焰的火焰面建模
流体动力学
2023-01-18 v1
摘要
为了减少 CO2 排放，氢燃烧在技术应用中变得越来越重要。在此背景下，贫燃 H2-空气火焰展现出可期的特性，但除其他特征外，它们往往表现出热扩散不稳定性。与这些不稳定性相关的胞状结构的形成导致火焰表面积增加，进一步促进火焰传播速度，而火焰传播速度是技术燃烧室设计、控制和安全运行的重要参考量。尽管过去许多研究探讨了内在火焰不稳定性的物理现象，但同样需要用降阶模型预测此类火焰特性，以实现计算高效的模拟。在本工作中，对表现出热扩散不稳定性的 H2-空气球形扩展火焰，采用基于火焰面的建模方法进行了先验和后验研究。将最近提出的基于未拉伸平面火焰流形的火焰面/进度变量（Flamelet/Progress Variable, FPV）模型，与一种考虑了表格化流形中大曲率变化的新型 FPV 方法，同详细化学反应（detailed chemistry, DC）计算进行了比较。首先，使用 DC 参考数据集对两种 FPV 方法进行了先验评估。随后，后验评估包含两部分：受扰平面火焰的线性稳定性分析和球形扩展火焰的模拟。与 DC 参考数据相比，对两种 FPV 模型的全局和局部火焰特性进行了系统分析。结果表明，在流形中结合了大曲率变化的新型 FPV 模型，对褶皱火焰前沿的微观结构和胞状结构的形成给出了改进的预测，而全局火焰特性则被两种模型合理地重现。
引用
@article{arxiv.2301.06780,
title = {Flamelet modeling of thermo-diffusively unstable hydrogen-air flames},
author = {Hannes Böttler and Haris Lulic and Matthias Steinhausen and Xu Wen and Christian Hasse and Arne Scholtissek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.06780},
year = {2023}
}