在线性化框架中使用主动火焰方法建模湍流射流火焰对声学强迫的响应
流体动力学
2022-12-02 v2
摘要
本研究对甲烷-空气湍流反应射流火焰进行线性分析,旨在预测反应流对上游声学激励的响应。在线性化框架中研究热声不稳定性与火焰噪声时,考虑热释放波动是关键组成部分。与以往研究不同,本工作发展并应用了一种主动火焰方法,即考虑了由声学波动引起的火焰热释放振荡。为在线性框架中实现主动火焰方法,需要对燃烧模型进行线性化。我们证明将大涡模拟(LES)与直接数值模拟(DNS)燃烧模型线性化会导致封闭问题,使其在该线性化框架中的应用十分棘手。然而,雷诺平均 Navier-Stokes(RANS)燃烧模型可规避此问题,使其成为适用的候选。RANS 燃烧模型围绕由 LES 获得的湍流射流火焰时间平均流场进行线性化。先验分析表明,在所研究的设置中,线性化 RANS-Eddy Break Up (EBU) 模型在所有受调查燃烧模型中最为合适,并以高精度复现了 LES 中获得的反应速率波动。此外,求解了包含反应速率线性化 EBU 模型的流动线性化控制方程,针对入射声学扰动。响应模态显示反应速率振荡由扰动射流火焰的 Kelvin-Helmholtz 涡环引起。在反应速率与速度波动的模态形状方面,结果与 LES 模拟吻合良好。
引用
@article{arxiv.2211.13888,
title = {Modelling the response of a turbulent jet flame to acoustic forcing in a linearized framework using an active flame approach},
author = {Thomas Ludwig Kaiser and Gregoire Varillon and Wolfgang Polifke and Feichi Zhang and Thorsten Zirwes and Henning Bockhorn and Kilian Oberleithner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.13888},
year = {2022}
}