采用稀疏拉格朗日多重映射条件方法的大涡模拟超声速抬升氢火焰
流体动力学
2021-06-09 v1
摘要
采用多重映射条件/大涡模拟（MMC-LES）方法模拟超声速抬升氢气射流火焰，该火焰具有激波诱导自燃、激波-火焰相互作用、抬升火焰稳定及有限速率化学效应。模型准确再现了激波与膨胀波、激波-反应相互作用以及整体火焰特征。将预测结果与平均轴向速度、平均与均方根温度、组分摩尔分数以及各位置混合分数的详细实验数据进行比较。通过组分摩尔分数和温度对混合分数的散点图，比较了预测与实验观测的火焰结构。与以往多数应用于低马赫数火焰的MMC-LES不同，本超声速火焰案例中在随机FDF方程中包含了压力功与黏性加热。分析表明，压力功在自燃诱导与火焰稳定中起重要作用，而黏性加热仅在剪切层中显著（但与压力功相比仍可忽略）。通过代表性燃料与氧化剂粒子的轨迹分析，提取了受局部气体动力学影响的粒子信息演化。粒子间歇性进入熄灭区，并可能在激波、膨胀波与黏性加热作用下偏离完全燃烧线或混合线。在拉格朗日粒子上进行的化学爆炸模式分析表明，温度、H与OH自由基分别在中部燃料射流、富燃料侧与贫燃料侧对CEM起主导作用。显著的粒子Damk"ohler数首先出现在燃料射流/伴流剪切层，在首个激波交点处增强，并在火焰稳定点附近达到峰值。
引用
@article{arxiv.2106.04093,
title = {Large eddy simulation of a supersonic lifted hydrogen flame with sparse-Lagrangian multiple mapping conditioning approach},
author = {Zhiwei Huang and Matthew J. Cleary and Zhuyin Ren and Huangwei Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.04093},
year = {2021}
}