“混合”如何影响强烈湍流、稀薄氢空气混合火焰的传播与结构
流体动力学
2025-01-30 v3
摘要
理解氢空气混合火焰在湍流中如何被加速传播，对系统性地开发基于氢燃料的燃气涡轮机和火花点火发动机至关重要。本文通过研究破坏性火焰结构对速度的影响以及反之关系，提供了关于火焰位移速度变化的基本见解。分析了三组稀薄氢空气混合物的大涡流数值模拟案例，其马兹指数 范围为0.5至1，卡尔曼指数 范围为100至1000。与相同混合条件下最接近的标准层流火焰配置进行了合适的比较，并阐明了这些配置在阐释湍流火焰特性方面的适用性与局限性。由于在大 火焰中，接近零曲率表面位置最为常见且能代表平均火焰几何形状，因此本研究聚焦于零曲率处火焰位移速度的统计变异及其随火焰结构的联动变化。通过对零曲率等温线区域垂直取平均，获得条件均匀火焰结构。 在最小 案例中，零曲率区域最可能位置的下游，火焰温度超过标准层流火焰，从而导致局部热梯度增强和火焰速度提升。这源于在零曲率位置下游的正曲率中，由于差分扩散导致的热释放率贡献增加。此外，局部来看，所有案例的火焰结构都因火焰速度梯度方向的反转而变宽。这种反转是由于零曲率区域上游的圆柱形火焰-火焰相互作用导致的，在火焰结构中引起局部标量混合。这些非局部效应的共同作用，决定了湍流混合火焰的平均火焰结构及其局部火焰速度的相关变动。
引用
@article{arxiv.2405.17197,
title = {How "mixing" affects propagation and structure of intensely turbulent, lean, hydrogen-air premixed flames},
author = {Yuvraj and Hong G. Im and Swetaprovo Chaudhuri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.17197},
year = {2025}
}