高压下湍流反应边界层中复合反应对传热的增强
流体动力学
2021-02-16 v1
摘要
我们利用一组直接数值模拟，研究了典型高压构型条件下具有传热的反应边界层流动。考察了壁温的影响，其代表性地对应于以碳氢化合物为燃料的燃气轮机和缩比火箭发动机的冷却壁面。结果表明，由边界层内低焓引发的放热化学反应主要发生在对数子层。大部分放热归因于OH与CO放热复合生成CO2和H2O。与惰性流动相比，复合反应使壁面热负荷增加了至多20%。气体组分严重偏离化学平衡条件。事实上，在黏性子层和过渡区内观察到主要组分的淬灭。化学时间尺度分析表明，淬灭组分的位置与Damkoehler数降至 unity 以下的区域重合。在黏性子层内，检测到次级反应区，涉及甲酰基和甲醛自由基的生成，提供了额外的能量释放源。反应路径分析表明，具有零活化能的反应导致了这种气体组分变化，这也解释了先前自燃研究中碳氢燃料分解的初始分支。次级复合反应的影响在较低壁温情形下更为显著。最后，评估了湍流脉动对组分净化学产率的作用，显示出组分与温度脉动之间的强相关性。
引用
@article{arxiv.2102.06821,
title = {Heat transfer augmentation by recombination reactions in turbulent reacting boundary layers at elevated pressures},
author = {Nikolaos Perakis and Oskar Haidn and Matthias Ihme},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.06821},
year = {2021}
}