高速湍流火焰的脉动不稳定性与自加速
高能天体物理现象
2015-01-16 v1 流体动力学
摘要
(删节版) 使用一系列三维数值模拟研究高速湍流火焰的内在稳定性。计算模拟了完全分辨的预混火焰与高度亚声速、统计稳态、均匀各向同性湍流的相互作用。我们考虑了广泛的湍流强度和系统尺寸，对应于 Damk\"ohler 数 Da = 0.1-6.0。这些计算表明，所考虑区域内的湍流火焰本质上是不稳定的。具体而言，我们发现了三种效应。1) 湍流火焰速度出现脉动，观测到的峰峰值振幅 > 10，特征时间尺度接近大尺度涡旋翻转时间。这种变异性是由湍流（持续创造火焰面）与高度间歇的火焰碰撞（消耗火焰面）之间的相互作用引起的。2) 当火焰速度接近或超过 Chapman-Jouguet 爆燃速度时，不稳定燃烧导致周期性压力积聚并形成压力波或激波。3) 脉动期间形成的压力梯度与跨越火焰的密度梯度耦合，导致火焰体积内湍流的各向异性放大和火焰加速。该过程由涡量输运方程中的斜压项驱动，是 Richtmyer-Meshkov 不稳定性潜在机制的反应流类比。随着湍流强度的增加，此处讨论的极限环不稳定性过渡到我们之前工作描述的区域，其中火焰速度的增长变得无界并产生爆轰。
引用
@article{arxiv.1501.01206,
title = {Pulsating instability and self-acceleration of fast turbulent flames},
author = {A. Y. Poludnenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:1501.01206},
year = {2015}
}
备注
21 pages, 14 figures. Accepted to Physics of Fluids (in press)