Numerical Investigation of Supercritical Combustion Dynamics in a Multi-Element LOx-Methane Combustor Using Flamelet-Generated Manifold Approach
本文使用大涡模拟结合真实气体热力学与FGM燃烧模型，研究了多单元LOx-甲烷燃烧室的超临界燃烧动力学，验证了模型准确性并揭示了喷嘴声学耦合及燃料温度对燃烧室稳定性的影响。
2023-11-25 physics.flu-dyn
Effect of Additively Manufactured Wall Lattice Structures on Flashback Limits in a Hydrogen Jet Flame Combustor
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
实验研究了体心立方晶格结构喷嘴对氢射流火焰回火倾向的抑制作用，发现最粗多孔壁结构显著提升回火阻力，主要机制为未燃混合物通过多孔介质的冷却效应。
2026-06-11 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
Coupled interaction between acoustics and unsteady flame dynamics during the transition to thermoacoustic instability in a multi-element rocket combustor
火箭发动机燃烧室容易发生横向不稳定性，其特征是声压和放热率的大幅度高频振荡。本文研究了二维多元自激模型火箭燃烧室中由稳态到热声不稳定性转变过程中声压与CH* 强度振荡之间的耦合作用。我们发现，这些振荡之间的同步出现从descherization通过间歇性的相位同步的发病过程中的热声不稳定性。我们发现大量的证据表明，靠近端壁的射流火焰的强度高于观察到的燃烧室的中心附近，由于其强耦合到当地的声场。使用递归理论的概念，我们区分类型的同步之间的声压和CH* 强度振荡在端壁和中心的燃烧室在热声不稳定性。分析局部CH* 强度振荡，我们观察到，纵向传播的射流火焰经历大量的横向位移与火焰合并的影响，在热声不稳定。此外，我们区分了射流火焰与激波的相互作用，在不稳定性和热声不稳定性在端壁和中心的燃烧室。我们还察觉到的变化，从随机到确定性的性质，在当地的CH* 强度振荡过渡到热声不稳定性。我们的研究结果表明，只有前几个横模有助于从反应流的声功率的产生，尽管具有几个谐波的压力振荡。
2021-10-07 physics.flu-dyn physics.space-ph
Machine Learning based Ensemble Flame Regime Classification for Mesoscale Combustors based on Insights from Linear and Nonlinear Dynamic Analysis
Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Science（印度科学学院机械工程系）
本研究通过机器学习集成方法，利用动态和统计分析对mesoscale燃烧器中的火焰状态进行分类，结合化学发光和声压信号分析，揭示火焰状态的动态特征。
2026-02-23 nlin.CD physics.flu-dyn
On the spatial structure and intermittency of soot in a lab-scale gas turbine combustor: Insights from large-eddy simulations
Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）；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）
本文通过大涡模拟研究了实验室规模燃气轮机燃烧室中碳黑的空间结构和间歇性，比较了两种碳黑建模方法的预测性能和计算成本。
2026-02-26 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of inflow boundary-layer turbulence effects on cavity flame stabilisation in a model scramjet combustor
本文通过直接数值模拟研究马赫1.5模型超燃冲压发动机中入流边界层湍流与层流条件对凹腔火焰稳定、气体交换及湍流-火焰相互作用的影响，揭示层流入流下后壁撞击增强凹腔阻力及卷起涡改变剪切层前部行为等机制。
2025-01-06 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
Learning thermoacoustic interactions in combustors using a physics-informed neural network
本研究提出一种物理信息神经网络（PINN）方法，用于研究钝体锚定火焰燃烧室中导致燃烧不稳定的热声相互作用。该方法利用有限测量数据重构时空声场并估计模型参数，为改进和设计新型稳定燃烧室提供了有效工具。
2023-12-29 physics.flu-dyn
Unsteady Three-dimensional Rotational Flamelet
本研究开发了一种新型非稳态三维旋转小火焰模型，扩展了准稳态模型，考虑了涡量、变密度等效应，明确了边界条件约束与模型局限性，为湍流燃烧亚网格建模提供了新方法。
2024-01-31 physics.flu-dyn
Coupled thermoacoustic resolvent analysis of a model two-stream coaxial combustor
State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）；Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学机械工程系）；School of Engineering Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）
本研究推导耦合热声解析算子，分析双流同轴燃烧室火焰-声学耦合效应，识别最优强迫与响应，发现声学共振及非秩一性质，并提出灵敏度分析识别敏感模态，为热声控制提供新策略。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Simulation and analysis of turbulent flame and its effect on the wall of aero engine combustor
本文通过Ansys-Fluent对ALLISON-T56涡桨发动机燃烧室湍流火焰进行数值模拟，分析火焰结构、热力学参数及壁面热弹性行为，并与文献结果对比验证。
2025-07-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady solutions of the spray flamelet equations
本文通过拉格朗日描述研究雾化火焰薄片方程的非稳解，探讨不同液滴注入策略对火焰结构温度和稳定性的影响。
2025-06-29 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of the Local Thermo-Chemical State in a Thermo-Acoustically Unstable Dual Swirl Gas Turbine Model Combustor
本文通过大涡模拟结合表格化学与人工加厚火焰方法，研究SFB606双旋流燃气轮机模型燃烧室的热声不稳定机制，重点分析当量比振荡、对流时间延迟及热损失对火焰位置的影响，并定量揭示了热声反馈机理。
2023-08-10 physics.flu-dyn
Effect of wall thermal inertia upon transient thermoacoustic dynamics of a swirl-stabilized flame
本文指出了考虑燃烧室热状态对研究或预测其热声稳定性的重要性。这方面往往被忽视或被认为不如操作参数的影响重要，例如热功率或当量比，但在某些情况下，它可以对不稳定性的发展产生显着的影响。本文介绍了实验结果收集的燃烧室具有贫油旋流稳定火焰表现出热声不稳定性在某些操作条件下。它示出，这种不稳定性是由火焰拓扑结构的变化引起的壁面温度与热功率的逐步增加。这种不稳定性对壁面温度的依赖性导致当操作条件动态改变时的惯性效应和滞后。一个低阶模型的系统再现这一显着的动态提出并验证对实验数据。
2018-07-06 physics.flu-dyn
High-order mesh-free direct numerical simulation of lean hydrogen flames in confined geometries
针对受限多孔介质中稀氢火焰传播模拟难题，采用高阶无网格方法LABFM开展高保真模拟，揭示受限作用下热扩散与热声不稳定性机制，为燃烧室设计优化提供支撑。
2025-03-21 physics.flu-dyn
On-Shell Description of Unsteady Flames
在二维情况下，解决了任意气体膨胀的非定常预混火焰的非微扰描述问题。考虑到火焰作为一个表面的不连续性与任意的局部燃烧速率和气体速度跳跃给它，我们表明，前动态可以确定，而不必解决在散装的流动方程。基于汤姆逊环流定理，构造了下游气体速度的隐式积分表达式。然后通过连续剥离潜在的贡献，得到一个显式的表达式为火焰前缘附近的涡分量的简化。我们证明了未知势分量是左有界的，并且通过这个过程是无发散的，因此可以使用其壳层值的色散关系来消除（即，沿着火焰前沿的值）。由此产生的积分微分方程系统与壳体上的燃料速度和前部位置有关。作为极限情况，这些方程包含了迄今为止建立的所有火焰动力学理论结果，包括描述平面火焰的Darrieus-Landau不稳定性的线性方程，以及描述弱气体膨胀火焰的非线性Sivashinsky-Clavin方程。
2008-01-23 physics.flu-dyn
Shear-layer effects on the dynamics of unsteady premixed laminar counterflow flames
本研究针对非定常预混层流对冲火焰，通过实验考察偏离中心位置的火焰行为，发现剪切层涡结构强度主导高次谐波响应，揭示了多维效应下的火焰动力学差异。
2025-10-29 physics.flu-dyn
Flame Bifurcation, Flashback Margins, and NOx Scaling in a Swirl-Stabilized Hydrogen Aero-Engine Combustor
AeroMyne
针对纯氢航空发动机燃烧室，通过三维模拟揭示拓扑火焰分岔与回火裕度，并建立NOx排放的多路径标度规律，为低碳燃烧室设计提供验证方法。
2026-11-03 physics.app-ph physics.chem-ph physics.flu-dyn
Flame- and flow-conditioned vorticity transport in premixed swirl combustion
本文介绍了在Karlovitz数为20-50的预混旋流燃烧中火焰诱导涡度拟能输运的实验分析。这样的火焰形成了一个大尺度的压力场，除了与小尺度湍流涡旋相关的压力场之外，它还可以与密度梯度相互作用，产生斜压扭矩。同时层析粒子图像测速和甲醛平面激光诱导荧光测量被用来获得高分辨率的速度和渐进变量场。这使得统计评估的各种条款拟能运输方程。小规模和大规模的压力梯度的影响进行评估，通过调节斜压扭矩的瞬时火焰前内的流体的位置，在火焰刷，轴向燃烧器内。在所有的条件下研究，斜压扭矩是一个显着的贡献涡度拟能运输，具有相当的幅度涡拉伸和粘性扩散。涡度拟能衰减和斜压扭矩的产生倾向于分别发生在瞬时火焰表面的反应物和产物侧。然而，斜压扭矩的值同样强烈地依赖于燃烧室中的位置。因此，小尺度和大尺度气压场都可以通过斜压扭矩导致显着的涡度拟能变化。这证明了火焰诱导的涡动力学在旋流燃烧中是重要的，并且大尺度几何形状相关的流场可以影响火焰产生的湍流。
2020-06-17 physics.flu-dyn
CFD-CAA simulation of flow acoustic coupling in a half-dump combustor
本文报道了用计算气动声学模拟方法研究甲烷空气非预混半突扩燃烧室在不同流动雷诺数下的燃烧不稳定性。为了模拟湍流条件下的流动物理过程，采用了分离涡模拟和广义涡耗散模型相结合的方法，声场计算采用了基于Lighthills声学类比的CAA公式。据观察，非定常压力信号主要来自管道的自然声学模式或倾倒平面下游的旋涡脱落过程中的局部流动波动，在低Re下在不同的空间位置产生不同的主频率，在高Re下产生单一的主锁定频率。无量纲数（Helmholtz数和Strouhal数）被用来表征管道声学模式的旋涡脱落模式。在反应流条件下，监测非稳态热释放和压力振荡，以计算瑞利指数，以验证在不同的频率水平上的不稳定性是驱动还是阻尼。此外，预测的Helmholtz和Strouhal数被发现是在很好的协议与实验数据在公开文献中提供了广泛的Re。
2021-02-24 physics.flu-dyn
Impact of precessing vortex core dynamics on the thermoacoustic instabilities in a swirl stabilized combustor
旋流中的全局不稳定性可以显著地改变旋流稳定火焰的火焰和流动动力学，例如现代发电燃气轮机发动机中的火焰和流动动力学。在这项研究中，我们的特征旋进涡核（PVC），这是一个全球性的流体动力学不稳定性的后果，和热声不稳定性，这是燃烧室声学和不稳定的燃烧热释放率之间的共振耦合的结果之间的相互作用。使用从模型燃气轮机燃烧室系统获得的实验数据进行该表征，该燃烧室系统采用两个同心的空气旋流喷嘴，由一圈喷油器隔开，在5巴压力下操作。系统地改变两股流之间的分流，以观察流动结构变化对流动和火焰动力学的影响。高速sPIV，OH-PLIF和丙酮PLIF分别用于获得有关速度场，火焰和燃料流动行为的信息。谱POD和空间频率分析用于识别和表征驱动系统的主导振荡机制。三个主要模式被认为是：两个热声模式和旋进涡核。我们的研究结果表明，在PVC的频率重叠的热声模式的情况下，热声模式被抑制。弱非线性渐近分析表明，轴对称剪切层脱落的抑制，因此热声模式，是PVC和旋转射流的轴对称模式之间的非线性耦合的结果。演化方程的对称和PVC模式推导出驱动这种抑制的控制参数。最后，我们讨论的方式，热声不稳定性抑制可以通过燃烧室流场设计实现。
2020-11-30 physics.data-an physics.flu-dyn
Dynamics of unsteady premixed flames in meso scale channels and the effects of varying the wall heating conditions
本研究探究介观尺度通道内甲烷-空气预混火焰在双峰壁面加热条件下的动力学，发现了新的非定常传播火焰工况，并结合理论分析了其与重复熄火点火火焰的差异及耦合特性。
2024-08-13 physics.app-ph physics.flu-dyn
Droplet size and velocity measurements in a cryogenic jet flame of a rocket-type combustor using high speed imaging
本文利用高速阴影成像结合PTV和PIV方法，在1MPa燃烧室中测量了液氧/气态氢同轴剪切喷注反应射流的液滴尺寸与速度，并与冷流及相位多普勒数据对比，揭示了火焰对液滴尺寸演化的影响。
2024-08-30 physics.app-ph physics.flu-dyn
Sensitivity of Isothermal Swirl Combustor Flow to Inlet Reynolds Number
Indian Institute of Technology (ISM) Dhanbad（印度技术学院（ISM）丹巴德）
研究通过数值模拟分析入口雷诺数对旋流燃烧室流动的影响，发现雷诺数增加增强了循环区域，但内循环区位置基本不变，表明火焰稳定具有鲁棒性。
2026-03-09 physics.flu-dyn
Effect of particle-momentum on an isothermal flow-field inside a swirl combustor
Indian Institute of Technology (ISM) Dhanbad（印度理工学院（ISMD）丹巴德）
本文通过CFD模拟研究颗粒动量对旋流燃烧室中等温流场的影响，发现颗粒运动导致中心回流区向下游移动，可能影响煤粉反应器中煤火焰的稳定性。
2026-01-05 physics.flu-dyn
Investigation of NOx in piloted stabilized methane-air diffusion flames using Finite-rate and Infinitely-fast chemistry based combustion models
本工作报告的数值研究NOx在三个湍流先导扩散火焰的不同程度的灭绝。这项研究涉及在这些火焰中燃烧的二维轴对称模型，具有相当详细的化学性质，即GRI 3.0机制。研究的主要重点是分析两种不同的燃烧模型方法，如无限快的化学为基础的非定常小火焰和有限速率化学为基础的EDC，在预测NOx的形成在三个试点甲烷射流火焰（桑迪亚D，E和F）的效果。EDC的方法是能够预测的被动标量的数量，但在反应标量的数量和NO的预测显示过度预测，而非定常小火焰建模被认为是必不可少的，在预测的准确形成缓慢的动力学物种，如NOx。小火焰和EDC方法无法捕捉局部火焰熄灭的观察，这导致在较大的下游位置的NOx的过度预测。此外，在所有三种火焰中的NOx形成途径的主导地位进行了研究。
2021-03-02 physics.flu-dyn
A posteriori assessment of consumption speed correction for LES with tabulated methods
采用大涡模拟方法，对Borghi图中的褶皱火焰区丙烷/空气射流火焰进行了数值模拟，并对新近发展的预混燃烧消耗速度修正模型的性能进行了评价。燃烧模型使用小火焰制表与假定的概率密度函数。所研究的火焰不位于剪切层中，并受到自驱动振荡，这是理想的测试模型的性能。火焰行为首先讨论了使用精确的模拟上进行的细化网格不需要校正。观察到在较粗网格上使用的相同建模框架高估了消耗速度，导致火焰较短。消耗速度校正的应用导致恢复的火焰长度和宽度观察到的细化网格，证明其有效性。提出了部分预混燃烧的扩展模型，并在高压燃烧室上进行了初步试验。
2021-12-02 physics.flu-dyn
The effect of hydrogen enrichment on the forced response of CH4/H2/Air laminar flames
常规天然气混合物的氢富集是一种积极探索的减少燃烧污染物排放的策略。本研究探讨了富氢对非稳态火焰扰动响应的影响，以期了解热声稳定性的影响。将水平集方法应用于甲烷/氢气/空气层流锥状预混火焰中，研究了二维不可压缩速度扰动对火焰前缘运动学的影响。对于氢富集水平范围从0%到80%的体积，得到的不稳定的热释放速率的火焰被用来生成的火焰描述函数（FDFs）。这是在环境压力下的扰动频率和水平的范围内进行的。火焰的平均热释放速率固定为$\overline{\dot{Q}} = 2.69\ \textrm{kW}$，对于所有氢富集水平，当量比设定为$φ=1.08$。发现氢富集将FDF增益下降转移到更高的频率，这将增加热声不稳定性的倾向。它还减少了有效的火焰时间延迟。在$φ= 0.8$的敏感性分析表明，FDF的变化主要由火焰燃烧速度驱动，对Markstein长度的变化不敏感。
2021-05-12 physics.flu-dyn
Cross-variable amplitude-frequency coupling during intermittency in a turbulent thermoacoustic system
本研究利用复杂网络和自然可见性图，分析了湍流燃烧室间歇状态下的火焰与声场相互作用，揭示了热释放率波动频率与声压振幅之间的跨变量幅频耦合空间模式。
2024-11-14 physics.flu-dyn
A Coupled CFD Framework for Combustor Turbine Interaction in a Research Aeroengine
本文提出了一种用于研究航空发动机燃烧室与涡轮交互的耦合CFD框架，通过热化学一致性的化学处理策略，评估可持续航空燃料和氢气对推进系统的影响。
2025-12-06 physics.flu-dyn
Unsupervised neural-implicit laser absorption tomography for quantitative imaging of unsteady flames
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本文提出了一种新颖的神经-隐式方法用于激光吸收断层成像，通过实验验证。利用坐标神经网络表示热化学状态变量作为空间和时间的连续函数，无需依赖先验模拟和监督训练，基于LAT测量数据，利用可微观测算子实现数据同化，展示了在稀疏测量数据下捕捉不稳火焰主导空间模式的能力。
2025-05-28 physics.flu-dyn physics.optics
On flame speed enhancement in turbulent premixed hydrogen-air flames during local flame-flame interaction
考虑到需要开发用于动力和航空发动机应用的零碳燃烧室，湍流预混火焰的$S_d$，特别是H $_2$ -空气的$S_d$是直接感兴趣的。本文研究了不同的$Re_t$和$Ka$在不同压力下的预混H $_2$ -空气湍流火焰的三维DNS情况，详细的化学理论模型$S_d$在负曲率。先前在大气压力下的研究表明，由于火焰-火焰相互作用，在大的负$κ$下，$\widetilde{S_d}$比$S_L$显著增强。为了研究内爆圆柱形H $_2$ -空气层流预混火焰在相应压力条件下发生火焰-火焰相互作用的动力学过程，采用一维数值模拟方法研究了在湍流火焰中发生火焰-火焰相互作用的局部火焰表面。这些模拟强调了火焰-火焰相互作用过程中火焰结构的瞬态性质，并在3D DNS的极端负$κ$的这些区域实现了$\widetilde{S_d}$的分析建模。$\widetilde{S_d}$和$κ$的JPDF以及来自3D DNS的相应条件平均值显示了$\widetilde{S_d}$和$κ$之间的负相关。该模型成功地预测了$\langle\widetilde{S_d}|_κ\rangle$与$κ$的火焰表面上的区域与$κδ_L \! \ll \! -1$在所有压力下的变化，具有良好的精度。这表明，上述配置是富有成效的，在代表当地的火焰火焰相互作用的三维湍流火焰。此外，在$κ=0$，平均$\widetilde{S_d}$可以…
2023-03-02 physics.flu-dyn
Flamelet modeling of thermo-diffusively unstable hydrogen-air flames
为了减少CO2排放，氢燃烧在技术应用中变得越来越重要。在这种情况下，贫氢-空气火焰显示出有前途的功能，但在其他特性，他们往往表现出热扩散不稳定性。与这些不稳定性相关的蜂窝状结构的形成导致火焰表面积增加，这进一步促进了火焰传播速度，这是技术燃烧器的设计、控制和安全操作的重要参考量。虽然许多研究已经解决了固有的火焰不稳定性在过去的物理现象，也有一个需求，以预测这样的火焰特性与降阶模型，允许计算效率的模拟。在这项工作中，H2-空气球形膨胀火焰，表现出热扩散不稳定性，研究与基于火焰的建模方法在先验和后验的方式。将最近提出的小火焰/进展变量（FPV）模型（具有基于未伸展平面火焰的流形）和新型FPV方法（考虑了列表流形中的大曲率变化）与详细的化学（DC）计算进行比较。首先，这两种FPV方法进行评估的先验测试与DC参考数据集。其后，后验评估包括两个部分：扰动平面火焰的线性稳定性分析和球形膨胀火焰的模拟。这两个FPV模型进行了系统的分析，考虑到全球和当地的火焰特性相比，直流参考数据。结果表明，新的FPV模型，将大曲率变化的歧管，导致改善预测的波纹火焰前端的微观结构和形成的细胞结构，而全球的火焰性质是合理的，以及再现这两个模型。
2023-01-17 physics.flu-dyn
Low-dimensional modelling of flame dynamics in heated microchannels
本文对常压下甲烷/空气化学计量比预混火焰在微通道内的流动进行了数值模拟。这些模拟结果从降阶模型的数值分辨率。事实上，通过快速模拟可以实现对微通道的燃烧控制，从而实现对设备参数的实时调整。以前的实验研究报道了火焰重复熄灭/点燃（FREI）现象的发生，只要在通道的壁处保持温度梯度。进行不稳定的一维模拟，包括复杂的化学，后期的数值研究试图解释这种现象的发生。因此，本研究探讨了低维模型，有可能重现FREI现象。提供了一些经验常数的校准，包括一步化学反应的非定常二维模型显示体面地再现FREI制度所有沿混合物流量的范围内的实验研究。此外，作为上述数值研究的补充，当通道的直径变化时，二维模型揭示了一维模型无法捕获的不稳定状态。由于二维流体动力学似乎在火焰的动力学中起关键作用，因此微燃烧器释放的热速率，一维模型不被认为能将燃烧控制的适当策略传递到这种微通道中。
2014-04-08 physics.flu-dyn
Hydrodynamic mechanism and suppression of cavity breathing oscillations in a twin-cavity supersonic combustor
Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Science（印度科学研究所航空工程系）
本研究通过实验与降阶模型揭示双腔超声速燃烧室低频呼吸振荡由空腔与自由流周期性质量交换及压力-剪切层反馈驱动，并发现乙烯点火热释放可永久抑制该振荡。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Investigation of Differential Diffusion and Strain Coupling in Large Eddy Simulations of Hydrogen-Air Flames
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Imperial College, London（伦敦帝国学院）
本文通过火焰片基热化学的大涡模拟研究氢-空气火焰的扩散差异与应变耦合行为，验证模型预测速度场和火焰结构的能力，并探讨扩散差异、切向应变与曲率对混合分数再分布和反应速率的影响。
2026-03-19 physics.flu-dyn
Role of flame localization in wavemaker regions on the suppression of combustion instability in turbulent partially-premixed methane flames
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本研究通过实验和线性稳定性分析，证实火焰与波发生器区域的空间重叠是旋流稳定燃烧室稳定性的关键，为低排放燃烧系统设计提供指导。
2026-10-01 physics.flu-dyn
LES and finite-volume CMC modelling of a turbulent lifted H2/N2 flame: effects of CMC mesh resolution and numerical scheme
采用三维有限体积条件矩闭合（CMC）模型对氢/氮火焰进行了大涡模拟，详细研究了火焰的化学机理。重点讨论了有限体积CMC模型的网格分辨率和对流格式对反应标量分布和非定常火焰动力学预测的影响。结果表明，提离高度被低估，反应标量（如温度，H2和OH）被高估与粗CMC网格。还发现CMC网格的进一步细化不会显著改善结果。最具反应性和化学计量OH质量分数的时间序列表明，较细的CMC网格可以捕捉更多的非稳态细节比粗CMC网格。此外，粗糙的CMC网格具有较低的条件标量耗散率，这将促进更早的自燃的火焰基地。此外，还研究了CMC方程中对流格式对火焰特性的影响。结果表明，不同的对流方案导致有限的差异的时均温度，混合分数和物种的质量分数。此外，H2和OH质量分数的RMS值与混合迎风和中心差分方案的测量结果相比显示出较大的偏差，特别是在火焰底部附近。此外，数值通量在CMC面上的分布也显示出迎风格式和混合格式之间的明显区别。对单个CMC项的预算分析表明，一系列CMC面的贡献与迎风格式相当。然而，在混合格式中，瞬时通量主要来自有限的CMC面。采用迎风格式时，CMC单元的反应性更容易受到相邻单元的影响。
2020-11-28 physics.flu-dyn
Low-Order Modeling and High-Fidelity Simulations for the Prediction of Combustion Instabilities in Liquid Rocket Engines and Gas Turbines
燃烧不稳定性是液体火箭发动机（LRE）和燃气轮机设计中的主要问题。在这个博士工作期间，探索了几个方向，以了解和减轻其影响。首先，更有效和强大的数值方法，他们在复杂的燃烧室预测设计。在这件事上，一种新型的模态扩展，命名为帧扩展和可比的经典伽辽金展开，被引入到建立更准确的声学低阶模型（LOM），能够占工业燃烧室的全部几何复杂性。特别是，框架扩展能够准确地表示非刚性壁边界附近的声速场，这是Galerkin方法所缺乏的关键能力。然后，设计了一整套基于框架展开的新型数值方法，并将其与状态空间形式主义相结合，构建了复杂系统的声学网络。热声不稳定性预测的第二个组成部分是火焰动力学建模。这项工作处理这个问题，在低温同轴射流火焰特性的液体火箭发动机的特定情况下。火焰动力学驱动现象被确定感谢三维大涡模拟（LES）的马斯科特实验测试装置，其中两种反应物（CH 4和O 2）在跨临界条件下注入。为了评估火焰对声振荡的响应并计算火焰传递函数（FTF），进行了几个具有不同频率和振幅的燃料流入谐波调制的LES。该火焰的稳定性在近喷射器区域，这是最重要的整体火焰动力学，也进行了研究，由于多物理场二维直接数值模拟（DNS），共轭传热问题在喷射器唇解决。
2021-03-01 cs.CE physics.flu-dyn
Flame-wall interaction of thermodiffusively unstable hydrogen/air flames -- Part II: Parametric variations of equivalence ratio, temperature, and pressure
本研究通过详细数值模拟，分析了当量比、温度和压力变化对热扩散不稳定的氢气/空气火焰迎面猝熄过程的影响，发现热扩散不稳定性会显著增加平均壁面热流并减少猝熄距离。
2024-11-27 physics.flu-dyn
Turbulent Flame Speeds of G-equation Models in Unsteady Cellular Flows
National Cheng Kung University（国立成功大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
通过计算研究时间依赖细胞流中G方程模型的前锋速度，发现曲率-应变G方程中速度锁定于周期频率，而粘性G方程或随机振荡下该现象消失。
2012-10-05 cs.NA math.NA nlin.PS
Generating synthetic evolution of turbulent flames with an experimental data-based spatiotemporal diffusion model
University of Notre Dame（圣母大学）
该研究开发条件扩散模型，结合 x 预测流匹配框架及时空变压器，生成湍流火焰合成轨迹，能保留关键特征与统计一致性，还进行过渡合成外推任务，为数据稀疏环境下的数据探索提供新途径。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Luminous Flame Height Correlation Based on Fuel Mass Flow for a Laminar to Transition-to-Turbulent Regime Diffusion Flame
本文提出了一个层流过渡到湍流状态扩散火焰的火焰高度关联式。火焰高度的测量是通过数值和实验研究获得的，其中三个高清晰度的摄像机同时采取正面，侧面和45 °角的图像。使用图像处理算法分析图像，以通过间接测量确定火焰高度。为了确定化学火焰的总长度，采用非定常数值模拟方法对化学火焰进行了数值模拟。采用涡耗散模型计算了化学反应的反应速率。实验表明，该关联式对层流区的发光火焰高度的调节变化为16.9%，表明在不使用间歇浮力火焰高度关联式的情况下，该关联式能最好地代表层流区的火焰高度。对于层流和过渡到湍流制度的调整变化是5.54%相比，最公认的火焰高度的相关性，从而提供了一个可接受的良好的拟合。数值计算结果表明，与实验火焰图像相比，化学火焰长度的建议范围位于发光和闪烁火焰区之间。这些结果与文献报道的化学长度区一致。因此，相关性可用于层流和过渡到湍流燃烧制度。
2020-08-27 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
Modeling of the nonlinear flame response of a Bunsen-type flame via multi-layer perceptron
本文证明了神经网络的能力，可靠地学习的层流预混火焰的非线性火焰响应，而只进行一个非定常CFD模拟。该系统用宽带、低通滤波的速度信号激励，该信号在预定范围内表现出幅度的均匀分布。所获得的时间序列的火焰和热释放率波动的上游流速用于训练的非线性模型，使用多层感知器。训练了几个具有不同超参数的模型，并使用dropout策略作为正则化器以避免过拟合。最好的表现模型，随后使用单频激励计算火焰描述函数（FDF）。除了准确预测FDF之外，训练的神经网络模型还捕获火焰响应中存在的高次谐波。因此，当与声学求解器耦合时，所获得的神经网络模型比经典的FDF模型更适合于预测以多个频率为特征的极限环振荡。后者在本研究的最后部分得到了证明。我们表明，预测的声振荡的RMS值与相关的主频率是在良好的协议与CFD参考数据。
2022-04-11 physics.flu-dyn
Performance Evaluation of RANS-Based Turbulence Models in Predicting Turbulent Non-Premixed Swirling Combustion within a Realistic Can Combustor
Sant Longowal Institute of Engineering and Technology (SLIET)（桑蒂高瓦尔工程技术学院）；Indian Institute of Technology Roorkee（鲁尔凯印度理工学院）
本文通过计算流体动力学分析，评估了不同湍流模型对燃烧室中流动、热场和组分场的影响，发现SST $k-ω$模型在预测轴向速度、横向速度、湍动能和剪切应力以及温度和组分浓度方面表现更优，且能更准确地预测燃烧室中的回流区和旋涡核心。
2026-05-19 physics.flu-dyn
Turbulent burning velocity and thermo-diffusive instability of premixed flames
本文报道的结果，非定常三维直接数值模拟层流和湍流，贫氢-空气，复杂化学品火焰在强制湍流中传播的一个盒子。为了探索层流火焰热扩散不稳定性对湍流燃烧速度的最终影响，（i）通过逐渐减小计算区域的宽度Λ直到获得稳定的层流火焰，数值确定了边界不稳定和稳定层流燃烧区域的临界长度尺度Λn;（ii）通过改变计算区域的宽度Λ < Λn来模拟湍流火焰（在这种情况下，不稳定性被抑制）到Λ > Λn（在这种情况下，不稳定性可能增长）。此外，模拟进行使用混合物平均传输性能（低路易斯数火焰）或设置所有物种的扩散率等于混合物的热扩散率（equidiffensive火焰），与所有其他的东西是相等的。结果表明，在弱湍流条件下，当越过边界线Λ = Λn时，湍流燃烧速度UT显著增加，而在Karlovitz数等于或大于3.4的中等湍流条件下，当Λ < Λn和Λ > Λn时，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 107，015 - 102，2023）提出的简单准则一致。
2023-02-23 physics.flu-dyn
Assessment of dynamic adaptive chemistry with tabulated reactions for the simulation of unsteady multiregime combustion phenomena
求解化学是反应流模拟的一个组成部分，通常支配着计算成本。在加速化学解决方案和实现可实现的模拟的不同策略中，动态自适应化学（DAC）的使用在其他方法中脱颖而出。DAC方法基于使用从当地条件产生的简化机制。减少过程是计算上昂贵的，并且用于减少减少的频率和重新利用所生成的减少的机制的策略是使DAC方法在计算上负担得起的关键。在这项研究中，提出了一种新的方法，即自适应化学表列反应（TRAC），以减少的频率，并允许重新利用减少的化学方案与它们的还原机制的化学状态相关联。TRAC引入了一种基于使用低维空间的机制制表策略，该低维空间定义了存储特定还原反应机制的热化学条件。化学还原通过使用具有反应速率灵敏度的方法的路径通量分析（PFA）来实现，以实现反应机理的进一步还原。新的TRAC建议适用于各种典型的瞬态问题和结果进行了比较，从详细的化学计算得到的参考解决方案。TRAC实现了约4倍的加速，同时将主要和次要物质、火焰结构和火焰传播的预测误差保持在3%以下。
2023-03-17 physics.flu-dyn
Training convolutional neural networks to estimate turbulent sub-grid scale reaction rates
提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的预混湍流燃烧模型的新方法。我们首先提出了一个框架，重新制定的问题，亚网格火焰表面密度估计作为一个机器学习任务。训练CNN所需的数据是通过在狭缝燃烧器配置中稳定的预混湍流火焰的直接数值模拟（DNS）产生的。一个CNN的灵感来自U-Net架构的DNS字段上的设计和训练，以估计子网格规模的搜索。然后，它是在一个不稳定的湍流火焰，其中的平均入口速度增加了很短的时间，火焰必须作出反应，以变化的湍流来流。发现CNN有效地提取火焰的拓扑性质，并预测亚网格尺度的燃烧，优于经典的代数模型。这种方法可以被看作是动态公式的数据驱动扩展，其中拓扑信息以手工设计的方式提取。
2018-10-08 physics.flu-dyn
Neural ODE to model and prognose thermoacoustic instability
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；University of California San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）
在反应流系统中，以高幅值压力波动为特征的热声不稳定性是由不稳定放热率与燃烧室声场之间的正耦合驱动的。当底层流动是湍流时，随着系统的控制参数的变化，系统接近热声不稳定性，声压振荡与热释放率振荡同步。因此，在湍流燃烧室中的热声不稳定性的发病期间，系统动力学从混沌振荡过渡到周期性振荡经由不稳定性状态。传统的热声系统建模方法是将非稳态热源模型和声学子系统模型耦合起来，分别进行独立估计。通过引入外部非定常强迫来描述非定常热源火焰对声波动的响应。这就需要一个强大的激励模块，以获得非线性响应的火焰声扰动。而不是表征单个子系统，我们引入了神经常微分方程（神经ODE）框架来模拟整个热声系统。热声系统的神经ODE模型使用时间序列的热释放速率和压力波动，同时测量，而不引入任何外部扰动，模拟他们的耦合相互作用。此外，我们使用的参数的神经ODE定义一个异常措施，代表系统动力学的接近极限环振荡，从而为热声不稳定性的发病提供早期预警信号。
2021-08-13 cs.LG nlin.CD physics.flu-dyn
Non-linear simulations of combustion instabilities with a quasi-1D Navier-Stokes code
由于稀薄预混燃烧系统比非预混系统更容易受到燃烧不稳定性的影响，因此对能够以高精度预测燃烧不稳定性的发生的改进的数值设计工具的需求日益增加。燃烧不稳定性中固有的非线性可能是至关重要的，我们在这里提出了一种方法，其中一维Navier-Stokes方程和标量输运方程求解的几何形状的变截面。重点是附着火焰，并为此目的，一个新的唯象模型的不稳定的热释放从火焰前锋介绍。在附着火焰法（AFM）中，热释放发生在火焰的整个长度上。根据Ditaranto和Hals [Combustion and Flame，146，493-512（2006）]对氧燃料火焰中的热声不稳定性的实验研究的结果，验证了使用AFM方法的非线性代码。数值模拟结果与实验测量结果一致，准确地再现了共振声压模式的频率和振幅。
2010-08-30 physics.flu-dyn
Physics-Aware Neural Network Flame Closure for Combustion Instability Modeling in a Single-Injector Engine
在单喷嘴液体火箭发动机大涡模拟中，采用神经网络作为亚网格火焰模型，以取代传统的查表法。NN训练过程提出了一个非凡的挑战。多维燃烧不稳定性问题涉及多尺度长度和非线性声学的非定常流问题中的特征时间，解决瞬态和动态平衡行为，叠加在具有非常窄的移动火焰区域的湍流反应流上。训练数据点之间的精确插值变得至关重要。建议的神经网络的一个主要的新颖的方面是，他们被训练来再现存储在一个小火焰表中的信息的相关部分，仅使用有限的数据从几个CFD模拟的单喷射器液体推进剂火箭发动机在不同的动态配置。这是通过用从燃烧模型的物理特性产生的人为数据丰富训练集，并且还通过包括火焰温度作为被训练以对其他感兴趣的火焰变量进行建模的NN的额外输入来实现的。这些物理感知的NN为基础的封闭模型首先进行离线测试，将它们直接与小火焰表进行比较，然后成功地实施到CFD模拟的小火焰表的地方，并验证各种动态配置。这些测试的结果与基于表格的CFD模拟结果相比，毫不逊色。该方法的计算优势进行了讨论。
2022-01-08 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
