穿孔燃烧器内预混氢火焰回火现象的三维数值研究

预测回火是开发用于家用电器的创新型穿孔燃烧器中的关键挑战，尤其是在以氢气替代天然气作为燃料时。大多数现有数值研究采用二维（2D）模拟来考察此类燃烧器中的回火，主要为了降低计算成本。然而，回火现象固有的复杂性表明，2D 模拟可能不足以捕捉火焰动力学，从而可能导致对回火极限的不准确估计。本研究采用三维（3D）模拟来考察实际狭缝形状对氢预混火焰回火速度的影响。开展了稳态模拟以计算三种当量比（$\phi=0.6$、$0.8$ 和 $1.0$）下的回火速度，考察了宽度 $W$ 固定、长度 $L$ 变化的狭缝。此外，进行了瞬态模拟以研究回火动力学。结果与 2D 构型对比，以评估无限狭缝近似的可靠性。对于稳定火焰，与典型实用器件长度的狭缝相比，2D 模拟低估了燃烧板温度，但在 $L\to\infty$ 时与 3D 结果吻合。相反，与 3D 模拟相比，2D 模拟始终低估回火速度，即便在 $L\to\infty$ 时亦然。这是由于狭缝端在回火动力学中的关键作用，那里有利的空气动力学、优先扩散、Soret 效应以及更高的表面积体积比导致的更高预热触发了这些区域的回火起始。这些发现强调了采用 3D 模拟来准确估计家用穿孔燃烧器回火速度的必要性。