HiPrFlame——一种基于从头算的高压燃烧真实流体建模方法——I. 原理、方法学及其在层流预混火焰中的应用
流体动力学
2025-09-09 v1
摘要
高压燃烧是现代推进和发电系统的核心，其工作压力通常超过工作流体的临界点，导致显著的真实流体效应，从根本上改变了热力学和输运性质。现有量化真实流体行为的方法通常依赖于经验关联式、拟合势函数和立方型状态方程，这些方法缺乏在燃烧过程中所遇到的物种覆盖范围和极端条件下所需的精度。因此，本研究引入了 HiPrFlame，一种新颖的基于从头算的高压燃烧建模框架，旨在高压燃烧建模中提供前所未有的真实流体性质预测保真度。HiPrFlame 集成了源自从头算分子间势的三阶 Virial 状态方程，从而为真实流体热力学提供了真实流体偏离函数，并为真实流体输运性质提供了 Enskog 理论，所有这些都在一个通用的 OpenFOAM 架构中实现，可用于从 0 维到 3 维的真实流体建模。为了加速多维模拟，在全面的性质数据库上训练了人工神经网络代理模型，从而实现了高效的真实流体性质更新。该框架通过高压氢燃烧的案例研究进行了演示，包括均质自燃和一维层流预混火焰。结果表明，HiPrFlame 能够准确捕捉热力学和输运性质的实验数据，显著优于传统方法。
引用
@article{arxiv.2509.06717,
title = {HiPrFlame-An ab initio based real-fluid modeling approach for high-pressure combustion-I. Rationale, methodology, and application to laminar premixed flames},
author = {Ting Zhang and Tianzhou Jiang and Mingrui Wang and Hongjie Zhang and Ruoyue Tang and Xinrui Ren and Song Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06717},
year = {2025}
}