高速湍流与火焰的相互作用：整体特性与内部火焰结构

我们研究在无约束系统中，在亚声速、高速、均匀、各向同性柯尔莫哥洛夫型湍流存在下形成的湍流火焰的动力学与特性。使用 Athena-RFX 进行直接数值模拟，这是一个大规模并行、全可压缩、高阶、维度非分裂的反应流代码。一个简化的反应-扩散模型代表化学计量比的 H2-空气混合物。所模拟的系统代表 Damköhler 数 $Da = 0.05$ 且能量注入尺度的湍流速度比层流火焰速度大 30 倍的湍流燃烧。模拟显示，火焰与高速湍流的相互作用形成了一个稳定传播的湍流火焰，其火焰刷宽度约为能量注入尺度的两倍，速度是层流火焰速度的四倍。描述并采用了一种重建内部火焰结构的方法，用以表明湍流火焰由紧密折叠的火焰片组成。这些火焰片的反应区结构与平面层流火焰几乎相同，而预热区则被展宽了约两倍。因此，系统演化代表了薄反应区机制下的湍流燃烧。湍流级联未能穿透内部火焰结构，因此小尺度湍流的作用在火焰的大部分区域被抑制。最后，我们的结果表明，对于化学计量比的 H2-空气混合物，在所有亚声速机制下都不能期望由湍流作用引起的任何实质性火焰展宽。