足够大三维计算域中的热扩散不稳定层流氢火焰——第一部分：特征图案
流体动力学
2023-12-20 v1
摘要
热扩散不稳定性对贫燃预混氢火焰的火焰传播具有主导阶影响。已经进行了许多模拟研究来探究这种效应，但几乎全是在二维或域尺寸太小而无法支持该不稳定性特征大尺度结构的情况下进行的。本研究的主要目的是在足够大的域上通过模拟量化三维和二维火焰的差异。为此，对在三维域中稳定的热扩散不稳定层流预混氢火焰进行了直接数值模拟 (DNS)。通过改变域尺寸，严格研究了约束对火焰动力学的影响。当横向域宽小于 50 层流火焰厚度时，火焰燃烧速度对域尺寸表现出强烈的依赖性。详细分析了热扩散不稳定火焰的特征图案，包括瞬时火焰结构、全局燃烧速度、火焰表面积、拉伸因子、曲率分布和胞格尺寸。通过条件分析，量化了计算设置（二维与三维）对局部火焰前沿曲率和热化学量分布的影响。分析了在三维域中观察到的明显胞格结构的形成与破坏机制，重点关注了火焰动力学与流场之间的相互作用，并量化了火焰面密度产生、运动学恢复和曲率耗散的贡献。与相应的二维模拟相比，三维构型剖面中的火焰表面积相似，但燃烧速度和拉伸因子有所增加。其原因是二维和三维曲率统计的差异。
引用
@article{arxiv.2312.11810,
title = {Thermodiffusively unstable laminar hydrogen flame in a sufficiently large 3D computational domain -- Part I: Characteristic patterns},
author = {Wen Xu and Berger Lukas and Cai Liming and Parente Alessandro and Pitsch Heinz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.11810},
year = {2023}
}