预混火焰的湍流燃烧速度与热扩散不稳定性
流体动力学
2023-02-24 v1
摘要
本文报道了在受限空间强制湍流中传播的层流与湍流贫氢-空气复杂化学反应火焰的非定常三维直接数值模拟结果。为探究层流火焰热扩散不稳定性对湍流燃烧速度的最终影响，(i) 通过逐步减小计算域宽度 {\Lambda} 直至获得稳定层流火焰，数值确定了界定不稳定与稳定层流燃烧状态的临界长度尺度 {\Lambda}n；(ii) 通过改变宽度从 {\Lambda} < {\Lambda}n（此情况下不稳定性受抑制）到 {\Lambda} > {\Lambda}n（此情况下不稳定性可能增长）进行湍流火焰模拟。此外，在其他条件完全相同的情况下，模拟分别采用混合平均输运性质（低路易斯数火焰）或令所有物种扩散率等于混合物热扩散率（等扩散火焰）。所得结果表明，在弱湍流中跨越边界 {\Lambda} = {\Lambda}n 时湍流燃烧速度 UT 显著增大，但在卡洛维茨数等于3.4或更大的中等湍流火焰中，{\Lambda} < {\Lambda}n 与 {\Lambda} > {\Lambda}n 下计算的 UT 值几乎相等。这些结果意味着层流预混火焰的热扩散不稳定性仅在弱湍流中显著影响燃烧速度，这与 Chomiak 和 Lipatnikov（Phys. Rev. E 107, 015102, 2023）提出的简单判据一致。
引用
@article{arxiv.2302.11899,
title = {Turbulent burning velocity and thermo-diffusive instability of premixed flames},
author = {HsuChew Lee and BuChen Wu and Peng Dai and Minping Wan and Andrei Lipatnikov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.11899},
year = {2023}
}