面向无燃烧模型的大涡模拟预混湍流火焰

本文旨在评估如下假设：为了通过直接处理密度、温度和组分质量分数的滤波场来评估燃料消耗率和热释放率（即不采用子格子模型来描述未解析的小尺度湍流涡旋对局部火焰的影响），所需的分辨率应显著高于通过处理相同的滤波场直接计算火焰面密度所需的分辨率。为此，将不同宽度的盒式滤波器应用于 Dave 等人此前获得的三维直接数值模拟数据（Combust. Flame 196 (2018) 386-399），该数据来自在盒子中传播的统计一维平面中等偏稀 H2/空气复杂化学火焰，在小尺度湍流足够强烈的条件下（Karlovitz 数大于 1，且层流火焰厚度与 Kolmogorov 长度尺度之比约为 20）。结果证实了这一假设，并表明通过使用足够宽的滤波器处理燃烧进度变量的滤波场，可以以可接受的精度预测平均火焰面密度和面积。只要滤波器宽度与层流火焰厚度处于同一量级，该方法便无需子格子湍流涡旋对火焰面密度影响的模型。该方法表现良好归因于小尺度（与厚度相比）湍流涡旋无法显著改变局部火焰结构，而较大的湍流涡旋则通过拉伸局部火焰对其产生显著扰动。