On the evolution of fuel droplet evaporation zone and its interaction with the flame front in ignition of spray flames
本文研究了燃油液滴蒸发区的演化及其与火焰传播前锋的相互作用。建立了描述球形火焰点火和传播过程中火焰传播速度、火焰温度、液滴蒸发开始和完成位置的一般理论。研究了液滴质量负荷、换热系数（或蒸发率）和路易斯数对球形喷雾火焰着火的影响。考虑了两种火焰状态，即，基于火焰前缘附近的混合物条件，对非均质和均质火焰进行了分析。结果表明，点火能量的增加对喷雾火焰的轨迹有很大的影响。富油混合气点火成功的关键条件是点火核心和传播火焰的内外火焰球重合。火焰球总是存在于均质混合物中，表明点火失败和临界成功事件仅发生在纯气体混合物中。燃料液滴对最小点火能量的影响有限，但最小点火能量随Lewis数单调增加。此外，火焰核心起源于非均匀混合物，由于初始分散的液滴附近的火花。计算了均质和非均质喷雾火焰燃烧区和未燃烧区的蒸发热损失，结果表明，对于失效的火焰核，火焰前缘后和前缘前的蒸发热损失先增大后减小。当火焰被成功点燃并向外传播时，火焰前缘前的蒸发热损失一般会增加，尽管存在非单调性。对于非均匀火焰，燃烧区的热损失占总热损失的比例随着火焰的膨胀而减小。
2021-03-26 physics.flu-dyn
Numerical study of ignition and combustion of hydrogen-enriched methane in a sequential combustor
采用大涡模拟（大涡模拟）对常压下纯甲烷和甲烷/氢气质量比为24：1的混合燃料在顺序燃烧室第二级的着火和燃烧特性进行了数值研究。纯CH 4燃料导致湍流传播火焰由在顺序炉膛的入口附近发展的热气体回流区锚定。相反，CH 4/H2燃料导致燃烧过程的急剧变化，在主火焰刷的上游产生多个自燃核。化学爆炸模式分析表明，当添加H2时，自燃化学强烈支持炉膛中的火焰稳定。燃料分解途径的分析强调，自由基平流从第一阶段火焰，特别是OH，诱导快速燃料分解，并导致反应性增强，导致自燃的顺序火焰上游。在到达第二级的流中发现的OH自由基的相对大的质量分数促进了这种行为，该质量分数比化学平衡时大大约一个数量级。的重要性的平衡污浊的空气上的点火行为证明通过一个额外的LES，具有弱自燃核形成时，平衡是人为施加。它的结论是，因此，参数影响的放松对化学平衡的污染流可以有一个重要的影响顺序燃烧器的可操作性与不同比例的H2混合燃料。
2022-09-16 physics.flu-dyn
Theoretical analysis on the transient ignition of premixed expanding flame in a quiescent mixture
该理论考虑了瞬态温度和燃料质量分数分布的演化，可以确定成功点火的临界加热功率和最小点火能量。集中加热的火焰引发过程可以近似地分解为四个阶段，即，点火核的快速建立、点火能量支持的火焰核传播、火焰核的非定常转捩和准定常球形火焰传播。通过与以往准定常理论的比较表明，非定常效应直接导致火焰核形成阶段的出现，并通过降低火焰传播速度对后续的火焰核发展产生重要影响。通过时间尺度分析发现，无论是在稳态火焰球附近还是在接近平面火焰时，瞬态理论都完全退化为准稳态理论。以往的准稳态理论表明，成功点火的临界加热功率与临界火焰半径的立方成正比。然而，本瞬态公式预测的临界加热功率偏离了这个标度律，这可以归因于从加热中心到火焰前锋的不稳定热传导。此外，在瞬态公式中考虑了有限时间集中供热，得到了最小点火能量。对于第一次，持续驱动火焰传播的记忆效应，随后集中供热关闭检查。研究发现，随着加热功率的增加，记忆效应变得越来越重要，它可以大大降低最小点火能量。
2021-02-16 physics.flu-dyn
Forced ignition of laminar premixed spherical flames in evaporating fuel droplet mists
本文旨在建立一个理论模型来描述贫燃料条件下球形喷雾火焰的点火过程。引入两个特征前沿，揭示了在点火过程中蒸发开始和结束的位置。结果表明，添加燃料液滴后，火焰得到强化，但最小着火能量（MIE）降低。火焰核心和传播分支中两个蒸发锋面的演化也被揭示与蒸发区长度耦合。
2021-03-27 physics.flu-dyn
Spark-ignited kernel dynamics in fine ethanol sprays and their relations with minimum ignition energy
采用欧拉-欧拉方法和详细的化学机理研究了乙醇液滴/蒸汽/空气混合物的火花点火。火焰核-液滴相互作用用蒸发完成前沿（ECF）进行量化。因此，可以基于ECF和火焰前缘之间的相对位置来定义两类喷雾火焰，即，均匀和非均匀喷雾火焰。提出了一种基于元素的火焰前缘当量比（简称火焰当量比）测量蒸发喷雾中气体成分的方法。对于贫燃料混合物，由于贫火焰ER，准稳态球形火焰（QSSF）发生，并且QSSF前部的成分是均匀的。对于富油两相混合物，当液滴直径为15 μm时，在贫油和富油背景气下，火花点火核心失效后，均观察到了二次点火现象。这是由于富火焰ER和/或强蒸发热损失。同时，燃料滴在非均质混合物中生成，并向均质状态过渡。对于贫、富两相混合物，燃料滴影响着火性和火焰轨迹。此外，点火能量影响核形成初期的火焰ER和前锋距离。最后，研究了不同燃气和总能量比下的最小点火能量。
2022-09-18 physics.flu-dyn
Forced ignition and oscillating flame propagation in fine ethanol sprays
本文研究了乙醇细液滴与空气混合物中喷雾火焰的强迫点火和振荡传播。采用Eulerian-Eulerian方法，并考虑了详细的化学机理。研究了不同的液滴直径和液体燃料当量比（ER）。定义了蒸发完成前缘（ECF），研究了蒸发区与火焰前缘之间的相互作用。通过有效的ER来量化火焰前缘处的气体成分。结果表明，液滴尺寸和液体电流变率对内核轨迹有很大影响。一般来说，当ECF开始从球心移动时，火焰ER达到最大值。当火焰自由传播时，它逐渐减小并达到一个恒定值。当液体ER较低时，观察到准稳态球形火焰，而当液体ER较高时，出现核熄灭/重燃。这些火焰行为本质上是受液滴蒸发区和火焰前锋之间的热传导和物种扩散时间尺度的影响。最小点火能量（MIE）与液体当量比（ER）呈U型关系，存在一个最小MIE的最佳液体当量比范围（ERo）。长和短的点火故障模式观察，分别为小和大的液体ER。当液体ER小于ERo（长失效模式）时，由于火花附近的成分非常稀薄，需要更大的能量来引发内核。对于液体ER大于ERo（短模式），点火失败是由于强蒸发热损失和丰富的气体成分，由于重液滴负载。
2022-02-15 physics.flu-dyn
On the mechanism of "tulip flame" formation: the effect of ignition sources
本文通过高分辨率数值模拟研究氢气-空气火焰中郁金香火焰的形成机制，揭示火花点火与平面点火在不同管道端部条件下通过稀疏波、压力波反射或壁面摩擦引发郁金香形火焰的物理过程。
2023-08-24 physics.flu-dyn
What connects ignition and deflagration? -- On explosive transition of deflagration
从理论和计算两方面研究了着火分析和爆燃分析之间的一般关系。简单分析表明，在Lewis数为1时，一维层流预混火焰的归一化燃料质量分数和归一化温度随时间的演化与一维层流预混火焰的归一化燃料质量分数和归一化温度随时间的演化是等价的。此外，计算表明，在预热区的归一化燃料质量分数的减少程度被发现是在以下顺序：当路易斯数小于1，当路易斯数是1（=点火），当路易斯数大于1。这表明，点火在预热区附近的爆炸过渡只能发生在一维层流预混火焰与路易斯数大于1。总之，在发动机活塞压缩预混气体或激波压缩预混气体中，点火和火焰传播的特征时间可以是同一数量级，因此Lewis数决定了在这种条件下预混火焰结构的存在。
2023-01-18 physics.flu-dyn
LES of iron-powder combustion in a jet-in-hot-coflow burner - Insights on flame structure and ignition characteristics
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Eindhoven Institute for Renewable Energy Systems（埃因霍温可再生能源系统研究所）
本研究采用LES和拉格朗日点颗粒模拟JHC燃烧器，对比两种氧化模型和辐射模型，发现点火位置、温度阈值与颗粒尺寸对点火的影响，结果与实验存在差异。
2026-08-31 physics.flu-dyn
Ignition of Deflagration and Detonation Ahead of the Flame due to Radiative Preheating of Suspended Micro Particles
本文研究了含悬浮惰性粒子的可燃气体中的火焰传播。假设气体对燃烧产物发射的辐射是透明的，而颗粒吸收并重新发射辐射。热辐射加热颗粒，颗粒又通过热传导将热量传递给周围的气体混合物，使得气体温度滞后于颗粒的温度。我们考虑不同的方案，这取决于粒子的空间分布，它们的大小和数量密度。在颗粒均匀分布的情况下，辐射引起火焰前面的温度的适度增加和火焰速度的相应增加。火焰法向速度越小，辐射预热效果越强。在颗粒不均匀分布的情况下，使得颗粒数密度在火焰前面较小，而在火焰前面的远处区域中增加，由热辐射引起的预热可能触发额外的独立点火源。这种情况需要形成温度梯度，其最高温度足以在前进火焰前面的较致密颗粒云区域中点燃。根据在未燃烧混合物中形成的温度梯度的陡度，可以通过Zeldovich梯度机制引发爆燃或爆震。点火和由此产生的燃烧状态取决于在辐射吸收和气体动力学膨胀的作用下形成的温度分布。在煤尘火焰通过层状粉尘云传播的情况下，辐射传热效应可导致速度高达1000 m/s的燃烧波的传播，这可能是对煤矿粉尘爆炸起因的合理解释。
2015-07-02 physics.flu-dyn
Spectral effects of radiating gases on the ignition in a multiswirl staged model combustor using full-spectrum k distribution method -- A Large Eddy Simulation Investigation
本文利用FSK、WSGG光谱模型结合DTF与LES方法，研究燃气轮机点火过程中辐射气体光谱效应对火焰结构、传播速度及点火延迟的影响，发现不同阶段影响差异显著，建议采用高保真光谱模型。
2025-06-06 physics.flu-dyn
Combustion regimes in sequential combustors: Flame propagation and autoignition at elevated temperature and pressure
本文研究了在常压和高压条件下顺序燃烧室第二级的燃烧模式。顺序燃烧器（SB）的特点是混合部分与燃料喷射到一个热的污染横流。取决于主要燃烧模式，再循环区有助于火焰在炉膛中的锚定。火焰位于喷射器的足够下游，导致部分预混合的条件。首先，从0-D和1-D模拟得到的燃烧状态图显示了三种燃烧模式的共存：自燃，火焰传播和自燃辅助火焰传播。这些状态图可用于理解湍流顺序燃烧室中起作用的燃烧模式，如具有半详细化学的3-D大涡模拟（LES）所示。除了在三种不同工况下的稳态燃烧模拟外，还进行了瞬态模拟：（i）以自燃作为主要模式点燃燃烧器，（ii）由自燃启动并随后过渡到传播稳定火焰的点燃，和（iii）入口温度的瞬时变化（降低150 K）导致燃烧状态的变化。这些结果表明，回流区的点火和传播型火焰的锚定的重要性。与此相反，自燃火焰由于混合物的连续自燃而稳定，并且回流区对火焰锚定不起重要作用。
2018-11-25 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of a high-pressure hydrogen micromix combustor: flame structure and stabilisation mechanism
本文采用直接数值模拟结合详细化学反应，研究高压氢气微混合燃烧器的火焰结构与稳定机制，发现火焰稳定主要源于射流燃料与热产物回流混合引发的点火事件，而非湍流预混火焰传播。
2023-09-09 physics.flu-dyn
Front Roughening of Flames in Discrete Media
本文研究了由随机分布的点状源组成的反应系统中火焰阵面的传播形态。温度场的解决方案和启动新的源是使用的扩散方程的格林函数的叠加，消除了需要使用有限差分近似。从触发源释放的热量从每个源向外扩散，激活新的源并使火焰传播机制成为可能。使用计算机模拟跟踪由$200$二维域的$200$中的$40000$源的系统，并且对每个系统的$120$实现的统计系综进行平均以确定火焰锋的统计特性。源的反应系统由两个无量纲值参数化：热释放时间（由粒子间扩散时间归一化）和点火温度（由绝热火焰温度归一化）。这两个参数被系统地改变为不同的模拟，以研究它们对波前传播的影响。对于足够快的热释放和低的点火温度，前面的粗糙度（定义为RMS偏差的点火温度轮廓从平均火焰位置）增长的幂律依赖性，这是在良好的协议与KPZ普适性类（$β= 1/3$）。随着反应时间的增加，观察到较低的粗糙化指数的值，并在一个足够大的值的反应时间，观察到一个稳定的，恒定宽度的热火焰的逆转，从经典燃烧理论的解决方案相匹配。偏离KPZ缩放也观察到作为点火温度的增加。这个系统，允许它表现出KPZ和非KPZ缩放的功能进行了讨论。
2017-01-25 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of Diffusion Flame in Transonic Flow with Large Pressure Gradient
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究脉动流中扩散火焰的湍流输运特性，探讨化学反应对湍流粘性的影响，验证了涡轮-燃烧概念的可行性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
The Role of Differential Diffusion during Early Flame Kernel Development under Engine Conditions -- Part II: Effect of Flame Structure and Geometry
从火花点火（SI）发动机的实验研究可知，由普通运输燃料/空气混合物的（$\mathrm{Le}>1$）特性引起的早期火焰核心发展的减慢往往会增加循环间变化（CCV）。为了提高火焰结构内的复杂现象的发展火焰内核的基本理解，在这项工作中，发动机相关的DNS数据库进行了研究。通过考虑用$\mathrm{Le}>1$和$\mathrm{Le}=1$计算的等效火焰核和湍流平面火焰，可以进行结论性分析。在本研究的第一部分（Falkenstein等人，燃烧。Flame，2019），基于局部焓，局部当量比和H-自由基质量分数参数的局部混合物状态的简化表示提出了用于此分析的目的。在这里，扩散控制的混合物参数局部焓与局部火焰的几何形状和结构的耦合关系，其特征在于由关键参数$κ$和${\ |\nabla c \ t|/\ |\nabla c \ |_{\mathrm{lam}}}$。分析表明，大的积极的整体平均曲率固有的火焰核配置可能会影响反应区内的局部混合状态，特别是在初始内核的发展阶段。通过火花点火的外部能量供应可以有效地桥接这个关键阶段，这导致全局平均火焰核曲率的影响在当前条件下与$\mathrm{Le}\neq1$的整体效果相比是小的。一旦点火效应衰减，反应区内的混合物状态局部地表现出与应变层流火焰中相同的对$\ |\nabla c \ |$的依赖性。这意味着发动机典型Karlovitz数下的差…
2020-05-26 physics.flu-dyn
Influence of the radiation absorbed by micro particles on the flame propagation and combustion regimes
热燃烧产物的热辐射对火焰在混合气体中的传播影响不大。即使存在小浓度的颗粒，这种情况也会急剧改变，所述颗粒吸收辐射，通过热传导将热量传递到周围的未燃烧气体混合物，使得前进火焰前面的气相温度滞后于颗粒的温度。结果表明，辐射预热未反应的混合物的火焰前面的结果在一个温和的增加的前进火焰速度为高活性气体燃料，或相当大的增加的火焰速度的情况下，反应缓慢的混合物。法向火焰速度越小，辐射预热效果越强.与分子热传导相比，辐射热传导可以成为主导机制，在前进火焰速度足够小的情况下，决定燃烧波的结构和速度。结果表明，在颗粒分布不均匀的情况下，辐射加热时间较长，使得前进火焰前方颗粒密集区域的最高温度足以点燃，热辐射可能触发额外的独立点火源。根据在未燃烧混合物中形成的温度梯度的陡度，可以通过Zeldovich梯度机制引发爆燃或爆震。不同的燃烧制度的点火，取决于辐射吸收长度，说明了颗粒负载的氢-氧火焰。
2015-07-02 physics.flu-dyn
Instability of a Flame Front in a Lean H2-N2O Mixture
火花点火和随后的火焰传播在预混合，贫燃料（当量比为0.4）H2-N2 O混合物显示在这个流体动力学视频。高速纹影摄影被用来可视化的火焰传播和复杂的不稳定性，发展的火焰表面。这种不稳定性是火焰前缘扩散过程与流体动力学不稳定性相互竞争的结果。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Velocity Spectra and Model Spectrum in Non-Premixed Jet Flames
在这方面的贡献，速度和它的耗散谱在湍流非预混射流火焰中的研究，通过使用两个直接数值模拟（DNS）数据库的时间演变射流与不同的批量射流雷诺数。在DNS差分扩散和火焰动力学效应已占和火焰经历高水平的熄灭，然后再点燃。事实证明，从不同的统计均匀的平面提取的光谱横跨射流和选定的时间对应于各种发生的火焰制度（熄灭和重燃阶段）合理崩溃时，规范化Favre平均湍流量。特别是（1）在惯性范围内，$κ^{-5/3}$幂律与$C_{K}=2.3$的比例常数是一致的。(2)在耗散范围内，$\exp(βκ)$缩放与$β=7.2$（而不是$β=5.2$）一起存在。(3)归一化1D耗散谱的峰的位置与非反应性模型谱（$\approx 0.11$）的峰相比处于较低的归一化波数（$\approx 0.08$）中。(4)最后，提出了一个适应的三维耗散模型谱，其峰值在归一化波数$\approx 0.19$（而不是$\approx 0.26$）。
2019-10-03 physics.flu-dyn
Large eddy simulation of a supersonic lifted hydrogen flame with perfectly stirred reactor model
采用大涡模拟和完全搅拌反应器模型（LES-PSR）对高焓流动条件下的超声速燃烧进行了数值模拟。PSR模型考虑了粘性加热和可压缩性对热化学状态的影响，通过修正化学源项作为过程变量，并将绝对焓作为控制变量用于查表。首先通过对粘性加热和压缩效应的先验分析进行了验证。采用LES-PSR方法模拟了超声速污染同向射流稳定的氢气自燃火焰。结果表明，该方法准确地捕捉到了激波结构、火焰整体特性、火焰-激波相互作用和离地高度。速度和混合分数的统计与实验数据的良好协议进行了观察。结果还表明，LES-PSR模型可以很好地预测火焰诱导区和稳定区的平均温度和主要组分的摩尔分数。然而，存在温度RMS的约100 - 150 K的一些预测不足，这可能是由于同向流动射流的富H2/O2燃烧产物中的化学不平衡。分别从诱导区和火焰区的两个探头位置的散点图表明，各自的混合分数空间的火焰结构被捕获。然而，在火焰区的温度和物种的摩尔分数的波动被低估。PSR模型捕捉到了激波诱导的自燃点。这些点是高度不稳定的，在火焰稳定中起着重要作用。它还表明，激烈的反应开始在混合物分数周围的化学计量或贫燃料的值，对应于局部升高的压力（1.5 - 2.0大气压），由于冲击压缩。
2021-03-26 physics.flu-dyn
Flame Instability and Transition to Detonation in Supersonic Reactive Flows
采用多维数值模拟方法研究了超音速燃烧室中均匀化学反应气体的点火、火焰稳定性和燃烧转爆轰（DDT）过程。研究的配置是一个矩形通道的化学计量的乙烯-氧气和transmissive流出边界的超音速流入。计算初始化时，计算域中的速度等于流入速度，在计算期间保持恒定。在自适应网格上采用高阶数值算法求解可压缩反应纳维-斯托克斯方程。本文介绍了两种计算方法，一种是马赫数为3的来流，另一种是马赫数为5.25的来流。在马赫数为3的情况下，燃料-氧化剂混合物不点火，气流达到稳态斜激波训练结构。在马赫数为5.25的情况下，点火发生在边界层中，由于在已燃烧气体和未燃烧气体之间的界面处的瑞利-泰勒不稳定性，火焰前锋变得不稳定。反应前沿的增长和已燃烧气体的膨胀压缩和预热未燃烧气体。DDT发生在几个位置，在火焰前端和未燃烧的气体中，由于能量集中机制。使用阿特伍德数参数分析了导致DDT的火焰不稳定性的增长。
2017-11-14 physics.flu-dyn
Effects of thermal radiation heat transfer on flame acceleration and transition to detonation in particle-cloud flames
目前的工作检查制度的氢氧火焰传播和点火的混合物加热的辐射从火焰中发出。气相被认为是透明的辐射，而悬浮颗粒的灰尘云前面的火焰吸收和重新发射的辐射。然后，颗粒吸收的辐射热通过传导到周围未反应的气相而损失，使得气相温度滞后于颗粒的温度。直接数值模拟解决了整个系统的两相气体动力学的时间相关的方程组与详细的化学动力学的平面火焰传播通过粉尘云。结果表明，根据分散颗粒的空间分布和辐射吸收长度的值，火焰前混合物的辐射预热的结果可以是均匀分散颗粒的火焰速度的增加，也可以是分层颗粒情况下通过Zel'dovich梯度机制在原火焰前点燃新的爆燃或爆轰。气云沉积物在后一种情况下，点燃的燃烧状态取决于辐射吸收长度，并且相应地取决于在预点火区中形成的温度梯度的陡度，该预点火区可以独立于主火焰来处理。辐射传热的影响，在一个粒子负载的火焰是最重要的，更好的风险评估，并代表了一条路线，了解粉尘爆炸的起源。
2015-11-22 physics.flu-dyn
Hexane Air Combustion
热表面点火和随后的火焰传播预混正己烷空气混合物显示在这个流体动力学视频。高速纹影摄影揭示了三种不同的点火和传播行为作为混合物组成和初始压力的函数。
2010-09-29 physics.flu-dyn
Response of Confined Mesoscale Flames to Acoustic Forcing
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
本研究探究三类中尺度火焰工况对声激励的响应，发现高激励强度下所有工况均转变为振荡型FREI工况，明确了该工况下的特性变化并辅以降阶模型补充分析。
2026-10-15 physics.app-ph physics.flu-dyn
Turbulent Clustering of Particles and Radiation Induced Ignition of Dust Explosions
由于爆轰是允许快速燃烧产生可在开放区域维持的高压的唯一既定理论，因此普遍接受的观点是，解释粉尘爆炸中的高燃烧率的机制是爆燃到爆轰的转变。我们提出了一种替代机制的理论证实，该机制解释了非受限粉尘爆炸中产生高速燃烧和高超压的二次爆炸的起源。我们表明，在前进火焰的湍流前面的灰尘颗粒的聚集引起的辐射吸收长度的显着增加。这种效果确保了灰尘颗粒簇暴露于来自主点燃火焰的热燃烧产物的辐射并被其加热足够长的时间，以在前进火焰之前的大体积中变成多点点燃核。
2018-08-21 physics.chem-ph physics.flu-dyn
A statistical model to predict ignition probability
点火能力是航空燃气轮机的关键设计约束。然而，目前的总体稀燃趋势不利于发动机点火和重新点火，点火系统必须适应以确保在所有情况下快速可靠的点火。由于点火是一种随机现象，点火系统的优化需要建立点火概率图，这是困难的和昂贵的，无论是实验还是数值模拟，因为都需要大量的测试。这项工作提出了一个模型来预测点火概率图，只知道在非反应条件下的流量统计，即，只有一个测试。该模型的独创性是构建统计的火焰核轨迹，然后结合当地的流量指标，以评估点火概率在所考虑的火花位置。在预混，非预混和喷雾燃烧模式下运行的旋流燃烧器的应用程序说明了模型的概念，并证明了它的能力，以良好的精度恢复实验点火图。
2020-10-17 physics.flu-dyn
Mechanism of unconfined dust explosions: turbulent clustering and radiation-induced ignition
众所周知，无约束粉尘爆炸通常以相对较弱的一次火焰开始，随后是严重的二次爆炸。我们表明，在一个温度分层的湍流提前的主火焰的尘埃粒子的聚类可能会引起一个显着增加的辐射穿透长度。这些颗粒团，即使在火焰的前面很远，也被火焰的辐射充分暴露和加热，成为能够点燃大量燃料-空气混合物的点火核。这有效地增加了总火焰表面积和有效燃烧速度，有效燃烧速度定义为给定体积的反应物消耗速率。我们表明，这种机制解释了高的燃烧率和超压所需的考虑到观察到的水平的损害，在开放的粉尘爆炸，例如，在2005年邦斯菲尔德蒸汽云爆炸中丧生由于粒子的湍流聚集而导致的辐射透明度的强烈增加的效果超出了应用于尘埃爆炸的最新技术水平，并且在大气物理学和天体物理学中具有许多含义。
2017-05-10 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Mesoscale Turbulence in Type Ia Supernova Deflagrations II. Evidence for Fuel Preheat Due to Flame Thermal Expansion from Lagrangian Analysis
Washington State University（华盛顿州立大学）；Kharkiv Institute of Physics and Technology（哈尔科夫物理与技术研究所）；Florida State University（佛罗里达州立大学）
本研究通过拉格朗日示踪粒子分析揭示，Ia型超新星爆燃火焰的热膨胀通过声波压力平衡将内部能量转为热能，预热燃料并显著缩短点火时间，影响范围超过层流火焰厚度。
2026-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.data-an
Carrier-phase DNS of ignition and combustion of iron particles in a turbulent mixing layer
该研究通过三维载相DNS模拟湍流混合层中铁颗粒云的着火与燃烧，揭示了颗粒团簇形成区域的气温升高与耗氧特征，以及氧化过程从动力学限制向扩散限制的转变，并对比了铁粉尘火焰与含挥发分固体燃料火焰的差异。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Numerical simulation of Delft-jet-in-hot-coflow (DJHC) flames using the Eddy Dissipation Concept model for turbulence-chemistry interaction
在本文中，我们报告的数值研究结果的湍流天然气燃烧射流在一个同向流的稀薄燃烧产物的Delft-Jet-in-Hot-Plutlow（DJHC）燃烧器，模拟温和（中度和强烈的低氧稀释）燃烧行为。重点是评估的涡耗散概念（EDC）模型的性能，结合两方程湍流模型和化学动力学计划约20种（Correa机制和DRM 19机制）通过比较预测与实验测量。我们研究了两种不同的火焰条件对应于两个不同的氧水平（7.6%和10.9%的质量）在热的同向流，并为两个射流雷诺数（Re=4100和Re=8800）。不同湍流模型预测的平均速度和湍流动能与实测数据吻合较好，模型预测值之间没有明显差异。Realizable k-e模型在雾沫夹带的预测中表现出较好的性能。EDC燃烧模型预测过早点火导致径向平均温度分布在太低的轴向距离处的峰值。然而，该模型正确地预测了实验观察到的上升高度随射流雷诺数的下降趋势。详细分析了EDC模型的平均反应速率，并确定了低湍流雷诺数效应是模型预测与实验之间偏差的可能原因。采用修正的EDC模型常数可以避免过早着火的预测。结果是弱敏感的层流粘性和层流扩散通量的子模型。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Numerical modeling of pulverized iron flames in a multidimensional hot counterflow burner
采用数值模型模拟了多维热逆流燃烧器中稳定的铁粉火焰，该模型是从Hazenberg和van Oijen（PCI，2021）开发的考虑非定常效应的最先进模型扩展而来的。将结果与可用的实验数据（McRae等人，PCI，2019），包括粒子图像测速测量，直接火焰照片，流场速度和不同铁和氧浓度的火焰速度。比较表明，粒子动力学和火焰形状可以合理地预测。流场速度和火焰速度也显示定量之间的模拟和实验一致。在验证模拟结果的基础上，分析了不同氧化剂环境下铁的燃烧特性，包括热结构和多维效应。分析表明，铁颗粒经历了从动力学控制制度（点火）的扩散控制制度（燃烧）在两个环境的中心轴与颗粒温度高于气体温度在火焰前端，这是由Damköhler数表示的过渡。对于热逆流燃烧器，存在多维效应，即，温度和Damköhler数沿径向变化。
2022-12-20 physics.flu-dyn
Multipoint Radiation Induced Ignition of Dust Explosions: Turbulent Clustering of Particles and Increased Transparency
众所周知，无约束粉尘爆炸包括相对较弱的初级（湍流）爆燃，随后是毁灭性的次级爆炸。二次爆炸可能以高达1000 m/s的速度传播，产生超过8 - 10 atm的超压。由于爆轰是允许快速燃烧产生可在开放区域维持的高压的唯一既定理论，因此普遍接受的观点是，解释粉尘爆炸中高燃烧率的机制是爆燃到爆轰的转变。在目前的工作中，我们提出了一个理论证实的替代传播机制，解释起源的二次爆炸产生的高速燃烧和高超压在无约束粉尘爆炸。我们表明，在湍流中的灰尘颗粒的聚集引起的热辐射吸收长度提前推进火焰前锋的显着增加。这种效应确保了粉尘颗粒簇暴露于大气体爆炸的热燃烧产物的辐射并被其加热足够长的时间，以在前进的火焰前缘之前的大体积中变成多点点火核。与孤立粒子的点火时间相比，辐射加热的粒子簇的燃料-空气混合物的点火时间大大减少。在主火焰之前的大量燃料-空气的辐射诱导的多点点火有效地增加了总火焰面积，从而引起二次爆炸，这导致需要高的燃烧速率和超压，以解释在无约束粉尘爆炸中观察到的超压水平和损害，例如2005年的邦斯菲尔德爆炸和几次严重程度与邦斯菲尔德事件相似的蒸气云爆炸。
2017-12-28 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Near-limit H$_2$-O$_2$-N$_2$ combustion in nonpremixed counterflow mixing layers
通过详细化学数值模拟，研究了高稀释度氢氧对向流混合层中的近极限燃烧模式，识别出四种火焰类型和六种燃烧区域，并揭示了火焰构型的迟滞现象及多种稳态结构对初始条件的依赖性。
2024-06-27 physics.flu-dyn
How "mixing" affects propagation and structure of intensely turbulent, lean, hydrogen-air premixed flames
通过DNS分析贫燃氢-空气预混火焰，发现零曲率区域下游差异扩散增强热释放率导致火焰加速，且上游火焰相互作用引起局部标量混合使火焰结构变宽。
2024-11-28 physics.flu-dyn
Thermal Structure and Burning Velocity of Flames in Non-volatile Fuel Suspensions
通过非挥发性固体燃料悬浮液的火焰传播的研究，使用一个简化的，随时间变化的数值模型，考虑颗粒燃烧过程中的扩散和动力学速率的影响。假设颗粒通过单步、一级Arrhenius表面反应与通过气体扩散传递到颗粒表面的氧化剂反应。与大多数以前开发的模型在悬浮液中的火焰，没有外部参数施加，如颗粒点火温度，燃烧时间，或假设的动力学或扩散限制的颗粒燃烧制度。相反，它表明，这些参数的火焰传播问题，必须解决的燃烧速度一起的特征值，并从单颗粒燃烧数据的这些参数的先验强加可能会导致错误的预测。它还表明，扩散和动力学反应制度可以交替在同一火焰，它们的相互作用可能会导致非平凡的火焰行为。在贫燃料的混合物中，它表明，这种相互作用导致一定的颗粒尺寸范围内，燃烧速度随着颗粒尺寸的增加而增加，与预期的趋势相反。对于更稀薄的混合物，动力学和扩散反应速率之间的相互作用导致一种新的火焰不稳定性的出现，其中动力学和扩散制度在时间上交替，导致火焰传播的脉动制度。
2016-09-01 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of Hydrogen Combustion in a Real-Size IC Engine
本研究首次完成真实尺寸内燃机氢燃烧的直接数值模拟，揭示了火焰动力学与流动结构耦合、差异扩散效应及壁面淬熄特性，为氢燃料动力系统开发提供支撑。
2025-02-22 physics.flu-dyn
Validation of reduced kinetic models for simulations of non-steady combustion processes
在目前的工作中，我们比较了几个最广泛使用的减少详细的化学动力学方案的可靠性氢-空气和氢-氧可燃混合物。该方案的验证包括详细分析的0 D和1D的计算和比较与实验数据库中包含的数据诱导时间，平衡温度，燃烧产物的组成，层流火焰速度和在不同的压力下的火焰前缘厚度。用全气体动力学系统对可压缩粘性导热多组分混合物进行了一维计算。正确选择化学动力学模型是获得可靠的定量和定性的洞察燃烧现象，如火焰加速和稳定性，点火，从燃烧到爆震（DDT）的过渡使用多尺度数值模拟是必不可少的。
2013-12-12 physics.flu-dyn
Flame/flow dynamics at the piston surface of an IC engine measured by high-speed PLIF and PTV
为了预测瞬态热损失，需要求解发动机表面的流体输运，这对于高效内燃机（ICE）的发展变得越来越重要。现有的有限数量的调查集中在发动机表面附近的非反应流，而这项工作的重点是近壁流场动力学的传播火焰前锋。采用粒子跟踪测速仪（PTV）和二氧化硫平面激光诱导荧光（PLIF）技术，以kHz重复频率同时测量了流场和火焰分布。测量是在活塞表面附近进行的，在800转/分下操作的光学可访问的发动机具有均匀的化学计量的异辛烷-空气混合物。高速测量揭示了近壁流动和火焰发展之间的强烈相互依赖性，这也影响了随后的燃烧。进行条件分析，以分析火焰/流动动力学在活塞表面的周期与弱和强的流速平行的表面。点火前与较高速度相关的更快火焰传播表明火焰前方有更强的流动加速度。与前进的火焰前缘相关的流动加速是一种瞬态特征，它强烈地影响边界层的发展。分析了从壁面到75%最大速度的距离（δ75），以比较点火和发动数据集之间的边界层发展。δ75的减小与由接近的火焰锋产生的流动加速密切相关。测量结果显示，在点火和机动数据集之间的边界层流动存在很大偏差，强调在为反应流建立边界层物理模型时，需要考虑瞬态流动行为。
2020-09-03 physics.flu-dyn
Data-driven Analysis of Relight variability of Jet Fuels induced by Turbulence
出于安全目的，在火焰熄灭的情况下，飞机发动机的可靠重新点火是关键要求。通常，采用火花形式的外部点火源来实现燃烧器中的稳定火焰。然而，这种强制湍流点火可能并不总是成功地重新点燃燃烧器，这主要是因为不能精确地确定燃烧器的状态。燃烧室内部湍流、流入条件和火花放电特性的不确定性可导致火花结果的变化，即使在名义上相同的操作条件下。先前的研究表明，所有的不确定参数，湍流往往是占主导地位的，可以大大改变点火行为。例如，即使不同的燃料具有相似的点火延迟时间，它们在实际系统中的点火行为也可能完全不同。在实际操作条件下，理解点火失败的原因以及预期结果的变化程度是具有挑战性的。这项工作的重点是了解两种不同的航空燃油，即Jet-A和命名为C1的变体引起的湍流重燃可变性。一个详细的，以前开发的模拟方法是用来产生大量的成功和失败的点火事件。使用这些数据，失火的原因进行评估的基础上的判别分析，描绘湍流初始条件之间的差异，导致点火或故障。确定两种燃料的点火故障原因不同。虽然发现Jet-A受到燃料夹带的影响，但发现C1对小尺度湍流特征更敏感。一个更大的可变性被发现在点火模式的C1，这可能会受到极端事件引起的内核崩溃。
2020-11-13 physics.data-an physics.flu-dyn
Premixed flames in a stagnation point flow under Darcy's law
University of Manchester（曼彻斯特大学）
研究达西定律下非绝热预混火焰的结构与熄灭特性，发现应变率跳跃由粘度而非密度引起，并识别出运动粘性阻力作为关键拉伸因子，揭示了摩擦主导环境中火焰稳定的新机制。
2026-09-14 physics.flu-dyn
Unveiling the bi-stable character of stealthy hydrogen-air flames
本文通过水平通道实验和数值模拟，首次证明超贫氢-空气火焰在相同条件下可同时存在圆形和双胞两种稳定传播结构，并揭示点火瞬态对称性破缺是其成因，对氢燃料系统安全设计具有重要工程意义。
2024-08-01 physics.flu-dyn
Global linear stability analysis of a flame anchored to a cylinder
本文研究了固定在方柱体上的层流预混火焰的线性稳定性。许多现代线性分析的概念已被开发和验证周围的非反应钝体尾流，本文的目的是探讨这些工具是否可以应用于相同的成功，在类似的配置反应流的研究。结果发现，线性稳定反应流状态的不稳定性分析准确地预测临界流动参数的极限环振荡的发病时，相比，直接数值模拟进行了一个简单的一步反应计划在低马赫数限制。此外，线性分析预测了一个强大的稳定效果的火焰点燃，与文献记载的实验和数值模拟。点燃尾流的不稳定性，但是，发现设置在足够高的雷诺数，和线性造波机分析的特点是这种不稳定性的驱动由一个类似的性质，在非反应尾流的水动力机制。非线性极限环火焰振荡的频率在这个不稳定的制度准确地检索线性特征模分析进行的时间平均的平均流量，条件下，反应流方程的全套线性化。相反，如果从线性模型中排除密度和反应速率的不稳定性，则失去了线性和非线性动力学之间的一致性。
2022-11-10 physics.flu-dyn
Validation of a Reynolds-averaged numerical simulation environment to simulate high-pressure, auto-igniting hydrogen diffusion flames
本文验证了基于RANS的CFD环境（含两种涡粘模型和RSM）模拟高压自燃氢射流的能力，通过对比非反应射流混合与密闭容器自燃实验数据，表明各模型在扩散燃烧阶段均具足够精度，且RSM预测最佳。
2025-09-23 physics.flu-dyn
Anchoring of Turbulent Premixed Hydrogen/Air Flames at Externally Heated Walls
本文对湍流火焰前缘锚定在外加热壁面上的现象进行了实验和数值研究。该现象是检查贫氢/空气混合物在一种新型的燃烧器设计，它包括一个圆柱形燃烧室收敛到一个玻璃管，以及在其交叉点的壁加热组件。透明部分允许光学OH* 化学发光测量作为数值验证的基础。为了进行全面的数值评估，在一维火焰研究中对热损失对不同氢/空气化学反应机理的影响进行了综述。随后的数值研究的重点是应用的涡耗散概念（EDC）作为一个连续性的化学相互作用模型在壁锚定湍流火焰的境界。所有模拟均基于纳维-斯托克斯方程的雷诺时均公式，并具有轴对称区域。讨论了不同的双方程湍流模型和EDC模型常数的影响。由于壁面热传递是点火以及火焰前锋的淬火，一个特别的重点放在解决近壁处理的边界层。模拟和实验之间的定性比较进行多个操作条件。这些被选择来显示当量比、体积雷诺数和未燃烧混合物温度的影响。虽然基于RANS的湍流模型的选择有明显的影响，EDC建模系数表现出更显着的火焰形状和长度的影响。只有正确的扩散处理对反应贫氢/空气混合物的影响超过了它。为了尽可能准确地描述这种行为，使用Maxwell-Stefan方程进行全多组分扩散处理。
2020-03-24 physics.flu-dyn
LES of a non-premixed hydrogen flame stabilized by bluff-bodies of various shapes
本文利用大涡模拟研究了圆柱、方形、星形及平壁与波浪壁钝体对氢气非预混火焰稳定性的影响，发现方形钝体显著缩短回流区并提高火焰温度，而壁面拓扑影响较小。
2023-09-23 physics.flu-dyn
Insights into Spatio-temporal dynamics during shock -- droplet flame interaction
本研究利用微型激波发生装置全面探究了激波与燃烧液滴相互作用时的时空动力学，揭示了火焰的两种熄灭模式及液滴多种破碎机制，并提出了与实验吻合的火焰熄灭准则。
2024-02-12 physics.app-ph physics.flu-dyn
Flame Enhancement and Quenching in Fluid Flows
我们进行直接数值模拟（DNS）的平流标量场的扩散和反应，根据非线性反应定律。我们的目标是研究如何散装燃烧速率的反应是由一个强加的流量的影响。特别是，我们感兴趣的数值结果与最近预测的分析上限和下限进行比较。我们专注于两类具有不同几何形状的强加模型流的反应增强和猝灭现象：周期剪切流和细胞流。我们主要感兴趣的是快速平流区。我们发现剪切流中的整体燃速v满足v ~ a*U+b，其中U是典型的流速，a是一个常数，取决于流动的振荡长度尺度与层流前缘厚度之间的关系。对于细胞流，我们得到v ~ U^{1/4}。我们还研究了火焰熄灭（淬火）的点火型反应规律和compensated支持的初始数据的标量场。我们发现，在剪切流中，尺寸W的火焰通常可以被振幅为U ~ α *W的流淬灭。常数α取决于流动的几何形状，如果流动剖面具有大于临界尺寸的平台，则常数α趋于无穷大。在胞状流中，我们发现，如果胞状流的尺寸小于一个临界值，则猝灭所需的平流强度为U ~ W^4。
2002-12-16 physics.flu-dyn
LES-FGM modelling of non-premixed auto-igniting turbulent hydrogen flames including preferential diffusion
本文首次研究基于均质反应器的表格化方法在自燃湍流氢气射流中的应用，提出结合贫燃侧0D反应器与富燃侧1D火焰面外推构建FGM流形，并与LES耦合，验证了其在点火延迟和稳态燃烧预测中的准确性。
2024-11-20 physics.flu-dyn
Quasi-DNS with chemical kinetics for a single multiple-injection burner element under stable lean conditions for future gas turbine applications
Institute of Fluid Science, Tohoku University（东北大学流体科学研究所）
针对燃气轮机燃烧器近贫油吹熄极限的动力学问题，开发了包含详细甲烷-空气化学反应的准直接数值模拟工作流程，以同轴燃烧器为模型，揭示了混合管出口涡旋混合导致的延伸和结构化放热区域，为分析火焰结构、稳定性和吹熄相关动力学提供了可重用框架。
2026-11-10 physics.flu-dyn
An experimental study of the detailed flame transport in a SI engine using simultaneous dual-plane OH-LIF and stereoscopic PIV
了解内燃机内火焰的详细传输过程对于预测点火、放热速率和评估发动机性能具有重要意义。这对于RANS和LES发动机模拟尤其重要，因为它们通常很难在不首先调整模型参数的情况下准确预测火焰传播和热释放。火焰传输的详细测量需要指导模型的开发。这项工作介绍了一个实验数据集，旨在研究详细的火焰传输和火焰/流动动力学SI发动机。同时双平面OH-LIF和立体PIV被用来获得未燃尽气体的速度，火焰位移速度和火焰的整体速度在火焰发展的早期三维测量。实验是在一个光学引擎中进行的，在800和1500 RPM与预混合的C8 H18-空气混合物。分析揭示了几种不同的火焰/流动配置，产生一个积极的或消极的火焰位移，火焰的反应物或产品的进展，分别。对于所使用的操作条件，Sd表现出与火焰曲率成反比的关系;观察到负Sd和凸火焰轮廓之间的强相关性。趋势是一致的热扩散火焰，但还没有量化的内燃机。在较高的RPM下，火焰扰动更严重，这使Sd分布向更高的正速度和负速度扩展。Ugas和Sd的空间分辨分布描述了缸内位置，其中对流或热扩散是促成火焰传输的主要机制。研究结果进行了讨论，在有关常见的发动机流的功能，包括固体表面附近的火焰传输。调查结果的目的是支持发动机模拟验证。
2020-09-03 physics.app-ph physics.flu-dyn
Quenching of flames by fluid advection
我们考虑一个简单的标量反应对流扩散方程的点火型非线性和讨论以下问题：什么样的速度剖面是能够淬火任何给定的火焰，提供了足够大的速度的振幅？即使对于剪切流，答案也是令人惊讶的微妙。如果速度分布在空间中变化，使得它在任何地方都是恒定的（或者如果它仅在小尺度区域中是恒定的），那么流动可以抑制任何初始数据。但是，如果速度分布在一个相当大的区域内是恒定不变的，那么随后的流动就不能熄灭足够大的火焰，不管这个速度的幅度有多大。恒定区的宽度必须大于两个层流传播波前的宽度。证明使用了一个线性偏微分方程相关的非线性问题和淬火遵循时，偏微分方程是亚椭圆。所使用的技术允许推导新的，几乎最佳的速度上的行波解决方案的界限。
2000-06-15 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
Effective Lewis number and burning speed for flames propagating in small-scale spatio-temporal periodic flows
本文利用大活化能渐近法和均匀化理论，研究了小尺度时空周期流中预混火焰的传播，推导出有效Lewis数和燃烧速度的标度律，并揭示了流动诱导扩散对熄火极限及湍流点火的影响机制。
2024-06-27 physics.flu-dyn
Investigation of Turbulent Mixing and Local Reaction Rates on Deflagration to Detonation Transition in Methane-Oxygen
采用大涡模拟（LES）方法研究了湍流混合和局部反应速率对爆燃转爆轰（DDT）的影响。具体而言，爆轰衰减的多孔介质，以及随后的重新启动甲烷-氧气，适度不稳定的混合物，被认为是。调查的目的是验证与以前的实验观察的数值策略，并确定在DDT的最后阶段，湍流混合和冲击压缩对火焰加速的具体作用。采用的模拟程序是网格中网格方法：可压缩线性涡模型大涡模拟（CLEM-LES）。有人发现，平均湍流波动大于层流火焰速度，以保持波的速度以上的查普曼-茹盖（CJ）爆燃速度阈值，前体要求DDT发生。人们还发现，需要足够的湍流燃烧的火焰表面上，以驱动压力波，以充分加强领先的冲击波，局部，以触发自燃热点的波阵面。这些局部爆炸事件，被发现通过湍流表面反应烧毁，驱动横向压力波向外。在随后的冲击波反射或相互作用的横波，新的局部爆炸事件发生，这进一步加强了邻近的领先的冲击波以上的CJ爆轰速度。最后，通过这个过程，波维持CJ爆轰速度，平均而言，通过局部爆炸事件的循环机制，其次是湍流表面反应。最后，燃烧的火焰加速过程中发现，主要在于薄反应区制度。
2017-08-09 physics.flu-dyn
Detonation attenuation and quenching in hydrogen mixtures after the interaction with cylinders
本文通过实验与理论研究了H$_2$/O$_2$爆轰穿过圆柱阵列后的衰减与猝灭，确定了临界传播极限$b/λ=4.5\pm3$，并揭示了弱透射激波导致长点火延迟和等熵指数高抑制再起爆是氢气爆轰猝灭的根本机制。
2024-01-17 physics.flu-dyn
