湍流预混氢-空气火焰在局部火焰-火焰相互作用中的火焰速度增强研究

鉴于开发用于动力与航空发动机应用的零碳燃烧室的需求，湍流预混火焰的 $S_d$（尤其是 H$_2$-空气）具有直接意义。本研究考察了不同压力下、不同 $Re_t$ 与 $Ka$ 且采用详细化学反应的预混 H$_2$-空气湍流火焰的 3D DNS 算例，以在负曲率处对 $S_d$ 进行理论建模。常压下的先前研究表明，由于火焰-火焰相互作用，在大负 $\kappa$ 处 $\widetilde{S_d}$ 相对于 $S_L$ 显著增强。为理解相互作用动力学，进行了对应压力条件下代表湍流火焰中经历火焰-火焰相互作用的局部火焰面的内爆圆柱 H$_2$-空气层流预混火焰的 1D 模拟。这些模拟强调了火焰-火焰相互作用期间火焰结构的瞬态性质，并使得对 3D DNS 中这些极端负 $\kappa$ 区域的 $\widetilde{S_d}$ 进行解析建模成为可能。3D DNS 中 $\widetilde{S_d}$ 与 $\kappa$ 的联合概率密度函数（JPDF）及相应条件平均显示了 $\widetilde{S_d}$ 与 $\kappa$ 之间的负相关。该模型在所有压力下均以良好精度成功预测了火焰面上 $\kappa\delta_L \! \ll \! -1$ 区域的 $\langle\widetilde{S_d}|_{\kappa}\rangle$ 随 $\kappa$ 的变化。这表明上述构型能有效地表征 3D 湍流火焰中的局部火焰-火焰相互作用。此外，在 $\kappa=0$ 处，平均而言 $\widetilde{S_d}$ 可偏离 $S_L$，表现为由大 $Ka$ 区中湍流输运控制的内部火焰结构。因此，探讨了 $\kappa =0$ 处 $\langle\widetilde{S_d}\rangle/S_L$ 与 $\langle|\widehat{\nabla c}|_{c_0}\rangle$ 的相关性。