局部能量源热释放引发边界层点火的机制

本文研究了通过垂直放置在壁面上流向的线能源持续热沉积，在预混边界层流动中引发爆燃的过程，这是一种与小尺度燃烧应用（包括便携式转子发动机）相关的平面流动构型。点火研究采用常密度近似，化学描述采用高活化能的单步不可逆反应。由壁面速度梯度的倒数给出的特征应变时间与特征爆燃停留时间之比，定义了相关的控制 Damköhler 数 $D$。通过数值积分能量和燃料守恒方程，获得了热源激活后的时间演化过程。对于足够小的 $D$ 值，解演化为一种稳态流动，其中化学反应局限于源附近的有限反应核中。随着 $D$ 值增大（对应于较小的近壁面速度），该反应核变得越来越细长，直到达到临界值 $D_{c1}$，此时受限的反应核被稳态锚定爆燃所取代，在热源加热率的辅助下向下游无限发展。随着边界层速度梯度进一步减小，达到第二个临界 Damköhler 数 $D_{c2}>D_{c1}$，此时能量沉积导致回火爆燃沿边界层底部逆流向上游传播。计算进一步扩展以研究 $D_{c1}$ 和 $D_{c2}$ 对燃料扩散率的依赖关系，以及 $D_{c1}$ 对热源加热率的额外依赖关系，从而勾勒出定义这些燃烧系统相关机制图的边界。