湍流脉动对爆轰传播的影响

本研究探讨了非稳态爆轰的反应区结构和燃烧机制。实验主要研究了薄通道几何结构中的二维甲烷-氧气胞格爆轰。足够高的时间分辨率使得能够确定激波分布的概率密度函数（呈指数为-3的幂律分布），以及未反应气团从其边缘通过表面湍流火焰的燃烧速率——该速率约为当地条件下层流火焰速度的3至7倍。数值模拟采用了一种新颖的大涡模拟方法，其中由自点火和湍流输运引起的反应均在亚网格尺度上通过反应-扩散公式精确处理。该模型是Kerstein和Menon用于大涡模拟的线性涡模型的扩展，以处理带有激波和快速气体动力学瞬变过程的流动。二维模拟很好地再现了层流火焰速度的放大现象，这主要归因于三波点产生的剪切层以及随后与内部压力波相关的Richtmyer-Meshkov不稳定性所生成的湍流。模拟阐明了所生成湍流的强度如何控制气团的燃烧速率、波的流体动力学厚度、胞格结构及其分布。三维模拟与二维模拟总体吻合良好，表明一旦与胞格动力学（即湍动能注入的尺度）相关的尺度被充分解析，亚网格尺度模型便能捕捉到随之而来的湍流燃烧。