Three-dimensional Vorticity Effects on Extinction Behavior of Laminar Flamelets
本文提出三维旋转小火焰模型，引入涡量与剪切应变效应，结合9组分H2-O2详细化学机理，证明涡量可将多种火焰的可燃极限最多扩展30%，并揭示二维无旋常密度模型缺失的关键物理。
2024-10-18 physics.flu-dyn
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
An analytic probability density function for partially premixed flames with detailed chemistry
层流预混火焰轮廓甲烷/空气自由火焰和应变火焰在不同的燃料/空气比和应变率进行了分析，使用详细的化学与路易斯数等于一。结果表明，详细的化学火焰轮廓的进展变量CO2+CO和H2O+H2在正则拉伸坐标可以准确地拟合最近提出的分析假定火焰轮廓在很宽的范围内的燃料/空气比通过适应一个单一的模型参数的轻微概括。应变火焰轮廓可以使用额外的线性坐标变换来再现，模拟预混火焰理论预测的由应变引起的预热区压缩。可替代地，可以仅使用来自层流火焰计算的层流火焰速度和完全燃烧温度来确定模型参数。坐标变换的拉伸因子与cp/lambda成比例，其在层流火焰上下降高达4倍。它示出了如何修改的非常数CP/lambda的层流火焰\textcolor{black}{probability density function (pdf)}，多项式拟合CP/lambda作为函数的进步变量允许分析结果的层流火焰pdf，进步变量和反应源项的平均值。部分预混火焰的分析PDF提出了基于贝叶斯定理作为一个β PDF的混合物分数和层流火焰PDF的评估在各自的燃料/空气比的组合。
2021-12-20 physics.flu-dyn
Assessment of the Flamelet Generated Manifold method with preferential diffusion modelling for the prediction of partially premixed hydrogen flames
本文系统评估了基于FGM并引入混合物平均输运建模的火焰面方法，通过构建含优先扩散项的化学流形，在多种层流氢火焰构型中实现了对火焰结构与传播速度的低成本准确预测。
2023-12-01 physics.flu-dyn
Effect of flame retardants on side-wall quenching of partially premixed laminar flames
对侧壁淬熄的甲烷-空气部分预混层流火焰进行了实验和数值模拟研究。完善的SWQ燃烧器适于允许用从接近火焰的淬熄点的（次级）壁入口发出的附加气态产物对主流进行播种。首先，部分预混的火焰，淬火在壁的特性进行评估，使用平面激光诱导荧光测量的OH自由基，并进行相应的数值模拟与完全解决的运输和化学。在壁处形成富集混合物的边界层，导致平行于壁的反应区，用于从壁入口的高注入速率。随后，在数值研究中，将壁流入物与基于磷的阻燃剂二甲基甲基膦酸酯（DMMP）混合。DMMP添加允许评估在火焰-壁相互作用期间热损失和阻燃剂对火焰结构的综合影响。随着注入混合物中DMMP量的增加，火焰在远离壁面处稳定，并且局部放热速率降低。因此，最大壁热通量显著降低。这导致淬火壁上的热负荷较低。火焰结构分析表明，在没有阻燃剂添加的预混火焰的淬火过程中，类似于CO积累的中间物种HOPO在壁的积累。这项研究表明，部分预混火焰的结构是如何受到墙壁的影响，释放额外的燃料或燃料和阻燃剂的混合物。从规范配置中获得的见解可以导致更好地理解阻燃剂和近壁火焰中的热损失的综合影响。
2022-12-07 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
Large Eddy Simulation of a Premixed Bunsen flame using a modified Thickened-Flame model at two Reynolds number
基于大涡模拟方法的改进的增厚火焰（TF）模型用于研究预混燃烧，并且通过与先导预混化学计量甲烷-空气火焰数据（Chen等人，1996），雷诺数Re = 24，000（火焰F3）和Re= 52，000（火焰F1）。加厚火焰法的基本思想是，火焰前缘被人为地加厚以在计算LES网格上求解，同时保持层流火焰速度（）恒定。通过增强分子扩散和减小Arkenius定律的指前因子来实现火焰前缘的人为增厚。由于火焰前缘被人为加厚，加厚火焰对湍流的响应受到影响，并通过在控制方程中引入效率函数（E）来处理。修正TF模型中的效率函数（E）是根据火焰-涡流相互作用的直接数值模拟（DNS）数据集提出的（Colin等人，2000年）。将预测的模拟结果与实验数据和使用基于RANS的概率分布函数（PDF）建模方法（Lindstedt，R. P.和Vaos，E. M.，2006，Transported PDF modeling of high-Reynolds-number premixed turbulent flames，Combustion and Flame，145，495）和基于RANS的G方程方法（Herrmann，M.，2006年）。结果表明，与修改后的TF模型的结果一般是在良好的协议与数据，与TF的预测一贯可比的PDF模型的预测和优于与G-方程的方法的结果。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of Premixed Combustion with a Thickened Flame Approach
将增厚火焰（TF）建模方法与大涡模拟（LES）方法相结合，对预混燃烧进行建模，并通过与Chen等人[Combust. Flame 107（1996）233-244]，雷诺数Re = 24，000。在TF模型中，火焰前锋被人为地加厚，以解决它的计算LES网格和反应速率指定使用约化化学。在控制方程中加入效率函数，考虑了增稠火焰对湍流的响应。效率函数取决于局部湍流的特性和预混火焰的特性，例如层流火焰速度和厚度。TF模型的三个变体进行了检查：原来的加厚火焰模型，幂律火焰燃烧模型，和动态修改的TF模型。合理的协议时，发现比较预测与实验数据和计算报告使用概率分布函数（PDF）建模方法。与G方程方法的预测相比，TF模型的结果与数据更吻合
2021-02-26 physics.flu-dyn
Assessing the impact of multicomponent diffusion in direct numerical simulations of premixed, high-Karlovitz, turbulent flames
在数值燃烧研究中实施多组分扩散模型在计算上是昂贵的;为了降低成本，数值模拟通常使用混合物平均扩散处理或更简单的模型。然而，混合平均扩散的准确性和适当性尚未得到验证的三维，湍流，预混火焰。在这项研究中，我们评估了多组分的质量扩散的作用，在预混，三维高Karlovitz数的氢，正庚烷，和甲苯火焰，代表一系列的燃料路易斯数。我们还研究了预混，不稳定的二维氢火焰由于扩散效应的重要性，在这种情况下。我们的扩散通量矢量的比较显示，混合物平均和多组分扩散模型之间的差异平均为10-20%，在高火焰曲率的区域大于40%。然而，总体而言，混合物平均模型产生的扩散通量与全球湍流火焰统计数据相比，差异很小。为了评估这两种模型之间的差异的影响，我们比较了归一化的湍流火焰速度和有条件的平均物种质量分数和源项。我们发现平均归一化湍流火焰速度的差异为5-20%，这似乎对应于峰值燃料源项的差异为5-10%。我们的研究结果激励进一步研究混合平均扩散模型是否总是适合预混湍流火焰的DNS。
2020-10-15 physics.flu-dyn
Particle Pair Dispersion and Eddy Diffusivity in a High-Speed Premixed Flame
湍流混合是高速预混火焰中一个重要的物理过程。这种混合导致温度和化学标量的增强传输，导致火焰结构和动力学的潜在大的变化。为了理解非反应流中的湍流混合，已经提出了许多经典理论来描述分散流体颗粒对的缩放和统计，包括有效的或湍流的涡流扩散率的预测。在这里，我们研究这些经典理论的有效性，通过研究流体颗粒对分散和涡流扩散在高度湍流的预混甲烷-空气火焰中的Karlovitz数约为140。使用直接数值模拟和高阶拉格朗日跟踪算法的数据，粒子对质心在不同的初始温度和分离，然后集成向前的时间。我们发现，在非反应流对分散的标度关系和结果仍然在这个高强度的预混火焰相关，我们确定了热释放的影响分散和涡流扩散。
2020-06-23 physics.flu-dyn
Fractal scaling of turbulent premixed flame fronts: application to LES
湍流预混火焰前锋的分形标度特性进行了研究，并考虑在大涡模拟框架中模拟亚网格尺度。由于这种薄的反应前沿的宽度不能被分解到大涡模拟的粗网格中，因此考虑了体积中包含的褶皱火焰表面的程度。未分辨的火焰前缘的量通过“分形因子”来估计，该“分形因子”取决于合适的分形维数的定义和分形标度损失的尺度，即内截止长度εi。在这种情况下，本研究认为，实验室实验和一步反应DNS的湍流预混射流火焰在不同制度的湍流预混火焰。分形维数被发现是基本上恒定的，远低于典型的被动标量前线。内截止长度显示出明显的缩放与耗散尺度的柯尔莫哥洛夫在这里考虑的制度。这些功能已被利用执行大涡模拟。良好的模型性能已被发现比较LES对相应的DNS在中等雷诺数和实验数据在较高的雷诺数。
2017-02-15 physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 physics.flu-dyn
Fractal dimension of premixed flames in multifractal turbulence
在湍流预混火焰中，基于启发式标度理论，对Damköhler的大尺度极限$(Da>>1)$和小尺度极限$(Da\sim\mathcal{O}(1))$，火焰等值面的分形维数分别为$\mathbb{D}=7/3$和$\mathbb{D}=8/3$。然而，这样的缩放参数不考虑火焰表面上的湍流动能耗散的多重分形性质的效果。在本文中，我们占的多重分形耗散的分形维数低$Da$湍流预混火焰的影响。我们推导出两个修正的分形维数上限- $\mathbb{D}=8/3+3/4(1-D_{1/4})$和$\mathbb{D}=8/3+2/3(3-D_{1/3})$ -这对应于标量通量的变化和火焰界面的总面积，由于湍流耗散的间歇性所产生的内部截止尺度的波动，分别。我们进一步表明，第二次修正导致的分形维数$(\mathbb{D})$的标度指数$(ξ)$的速度结构函数通过关系：$\mathbb{D}=11/3+ξ$的明确依赖。因此，我们明确量化低$Da$预混燃烧湍流的多重分形性质的影响。
2020-09-03 physics.flu-dyn
A turbulent premixed flame on fractal-grid generated turbulence
在预混湍流燃烧实验中，采用了一种填充空间、低阻塞的分形网格作为新型湍流发生器。与标准湍流网格的幂律衰减相反，分形网格的下游湍流强度增加，直到在距离网格一定距离处达到峰值，然后才最终衰减。有效网格尺寸和密实度与标准正方形网格相同。结果表明，在相同的流量和化学计量比下，分形湍流增强了燃烧速率，使火焰面积进一步增大。使用火焰分形模型，试图突出在两个不同的湍流场建立的火焰之间的差异。
2010-04-13 physics.flu-dyn
Stability analysis of thermodiffusively unstable counterflow lean premixed hydrogen flames
本研究通过详细化学数值模拟首次分析二维逆流稀预混热扩散不稳定氢火焰，发现应变速率阈值决定火焰稳态/振荡态，高应变可衰减扰动且增长率瞬态与应变速率线性相关。
2025-09-04 physics.flu-dyn
Flow configuration and pressure effects on turbulent premixed hydrogen jet flames
Loughborough University（拉夫堡大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
研究通过直接数值模拟探讨了不同压力下槽形和圆形喷嘴湍流稀释预混氢气火焰的流动配置和压力影响，发现压力显著改变火焰传播特性。
2026-03-16 physics.flu-dyn
A multidimensional combustion model for oblique, wrinkled premixed flames
提出了一种新的预混湍流燃烧模型。它是基于一维（1D）过滤的密度时间的进展变量和反应源项的层流预混火焰轮廓使用的过滤器内核，它反映了平面火焰前锋的切片面积的变化，因为它们移动通过多维过滤器体积。它示出，这些多维效应定性地改变过滤的反应源项和Favre过滤的反应进展变量相比，1D过滤，特别是在大的过滤器宽度之间的关系。过滤量的分析结果是通过近似的密度时间的进展变量和反应源项由适当的Ancillary函数。从统计平面湍流预混火焰在不同的自由流湍流水平和放热参数的直接数值模拟（DNS）的过滤数据被用来开发和验证模型。提出了两种过滤因子随过滤器宽度和亚网格湍流度变化的模型。对于小的过滤器宽度的层流火焰厚度的两倍，观察到亚网格火焰折叠的微小影响。对于较大的过滤器，过滤后的反应源项与过滤器的宽度呈线性上升的速率与亚网格湍流水平增加。模拟的反应源项作为Favre平均进展变量和过滤器宽度的函数，显示出与所有研究的自由流湍流水平，过滤器宽度和放热参数的过滤DNS数据非常一致。
2021-12-18 physics.flu-dyn
Effect of an External Electric Field on the Propagation Velocity of Premixed Flames
对于电场通过作用于火焰中存在的离子种类来增强燃烧的能力，已有许多实验研究[1]。在这项工作中，我们研究这种现象，使用一维模型的贫油预混火焰的影响下的纵向电场。我们扩大了以前的两步链分支反应层流模型与反应模型的创建和消费的正电荷的自由基物种和自由电子。还包括在离子物种的守恒方程和静电形式的麦克斯韦方程组的电动势，以解决由外部施加和内部感应电场的离子传输。这些方程的数值解使我们能够计算由于电场引起的火焰速度的变化。此外，关键的动力学和传输参数的变化修改火焰的电灵敏度。从火焰速度和反应物分布的变化，我们能够获得新颖的，有价值的洞察如何以及为什么燃烧可以控制的电场。
2022-02-08 physics.flu-dyn
Potential-flow models for channelled two-dimensional premixed flames around near-circular obstacles
二维薄预混火焰的动力学是在数学模型的框架内解决的，其中的流场在任何一侧的前面是分段不可压缩和无涡。火焰被限制在通道渐近直不可穿透的墙壁被认为是。除了几个自由传播沿直通道，注意力集中在火焰传播对高速流动和定位附近的圆形中心障碍物，或附近的两个对称的凸块向内突出。结合保角映射和格林函数，推导出每个配置中瞬时前形状的Frankel积分-微分方程的正则化概括，并数值求解。这产生了各种看起来真实的现象：稳定的前沿（对称或不对称），噪音引起的子皱纹，闪回事件和呼吸前沿脉动流。观点和开放的数学/物理问题，最后唤起。
2010-01-27 physics.flu-dyn
Isolating effects of large and small scale turbulence on thermodiffusively unstable premixed hydrogen flames
本研究通过直接数值模拟探究湍流对稀燃预混氢气火焰的影响，揭示了不同Karlovitz数与积分长度尺度下火焰速度、面积的变化规律及差异扩散效应的作用机制。
2023-11-29 physics.flu-dyn
Turbulent hydrogen premixed flames at high pressure and high temperature
School of Engineering, Institute for Multiscale Thermofluids, The University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院，多尺度热流体研究所）
研究高压高温条件下湍流氢预混火焰的火焰-湍流相互作用，揭示了高压力和温度对火焰结构及湍流-火焰耦合的影响，并验证了切向应变率的通用科赫洛夫斯卡利ng
2026-01-22 physics.flu-dyn
Numerical study of strongly-nonlinear regimes of steady premixed flame propagation. The effect of thermal gas expansion and finite-front-thickness effects
采用在壳方法对直通道中预混火焰的稳态传播进行了数值研究。提出了求解非线性积分微分壳方程组的第一种数值算法。它是基于固定点迭代，并使用简单的（皮卡德）迭代或安德森加速方法，有利于分离不同的解决方案。使用这些技术，我们扫描的参数空间的问题，以研究各种影响形成弯曲火焰。这些效应包括气体热膨胀和有限前缘厚度效应，即火焰拉伸、弯曲和压缩。特别地，火焰压缩被证明对火焰具有深远的影响，强烈地影响其传播速度对通道宽度b的依赖性。具体而言，发现的解决方案表现出急剧增加的火焰速度与通道宽度。在弱的火焰压缩下，这种增加在b/λ_c = 2 - 3处开始，其中λ_c是截止波长，但是该比率随着火焰压缩的增长而变得明显更大。所获得的结果也被用来确定弱非线性假设的基础上的分析方法的局限性，并修改的火焰发展中的噪声的作用。
2017-08-30 physics.flu-dyn
Premixed flame quenching distance between cold walls: effects of flow and Lewis number
本研究分析了Lewis数和流动幅度对冷壁通道内预混火焰淬火距离的影响，发现较小Lewis数和顺流有助于火焰在窄通道传播，而逆流会引发非对称解并决定大正值下的淬火距离。
2025-10-12 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
Premixed flame propagation in vertical tubes
本文给出了光壁垂直管内预混火焰传播的解析处理方法。采用在壳火焰描述，得到了描述具有小但有限前缘厚度的准稳态火焰的方程，并进行了数值求解。据发现，在易燃性的极限附近，描述向上的火焰传播的解决方案来对具有接近的传播速度，并且重力的作用是扭转由火焰产生的燃烧气体的速度分布。在此基础上，发展了引力场驱动的部分火焰传播理论。给出了一个完整的解释复杂的观察到的行为的限制火焰，包括依赖于燃烧域的大小，部分火焰传播的大距离，和火焰熄灭的进展的可燃性范围。详细讨论了有限前厚度效应的作用。此外，各种机制管理火焰加速光滑管被确定。甲烷-空气火焰在开口管中的加速被证明是由环境冷空气产生的流体静压差和管端处的动态气体压力差的综合效应。另一方面，一个强大的自发加速的快速甲烷-氧气火焰在其演变的初始阶段，在开闭管的准稳态传播制度的亚稳性的条件。所得到的结果与实验数据进行了广泛的比较。
2015-12-23 physics.flu-dyn
Analysis of Premixed Flame Kernel/Turbulence Interactions under Engine Conditions based on DNS Data
虽然湍流中预混火焰的演化已被频繁地研究，但小火焰如何与大尺度湍流运动相互作用还没有得到很好的理解。由于这个问题对于点燃式发动机循环变化的发生具有实际重要性，因此本工作的目的是从根本上区分早期火焰核心发展和成熟的湍流火焰结构。为此，DNS数据库由在均匀各向同性湍流中传播的三个火焰组成（Falkenstein等人，燃烧火焰，2019）被认为是。火焰的特征在于初始层流火焰直径与整体长度尺度的不同比率。为了量化火焰核的发展，火焰拓扑结构和火焰前锋几何形状的时间演化进行了详细的分析。结果表明，一些实现的早期火焰核的大规模湍流运动的特征长度尺度大于火焰核的大小所造成的高压缩应变的影响。结果，初始球形核拓扑可能变得高度失真，这反映在过度曲率方差的随机发生中。通过对平均曲率平衡方程的分析，确定了早期火焰核/湍流相互作用产生曲率的两种机制。此外，它表明，小火焰核的曲率分布变得强烈偏向正曲率，这是相反的发展湍流火焰。因此，点火内核的自持湍流火焰的过渡是非常不同的性质相比，一个统计平面火焰刷的发展。
2019-08-24 physics.flu-dyn
Role of enthalpy transport in laminar premixed hydrogen flames at atmospheric and elevated pressures
本文通过分析焓通量散度、对冲火焰和二维平面火焰，揭示了差异扩散驱动的焓输运是氢气火焰热扩散不稳定性和反应性增强的主导机制，并探讨了压力、曲率及详细化学的影响。
2025-04-05 physics.flu-dyn
Premixed Flame Propagation in Curved Channels
在预混火焰的壳上描述的框架内，发展了弯曲通道中火焰传播的理论。采用适合于给定通道几何形状的格林函数，构造了燃烧气体速度的隐式积分表示。然后，它被用来推导出一个显式的旋转分量的气体速度在火焰前锋附近的无旋贡献的连续分离的表达式。我们证明，这种分离可以在通道壁的边界条件一致的方式进行。其结果是，未知的无旋分量可以通过应用色散关系，从而导致一个封闭的系统的方程的壳上新鲜气体的速度和火焰前锋的位置。这些方程表明，除了通常的非局部性与潜在的流动，涡产生的弯曲火焰导致特定的非局部空间和时间的影响的通道的几何形状上的火焰演变。为了阐明这种影响，三个特殊的情况下被认为是更详细的稳定火焰稳定的来流在一个瓶形通道，准稳定火焰，和不稳定的火焰与小的气体膨胀在一个通道中传播缓慢变化的宽度。在后一种情况下，导出的方程的解析解得到的第一后Sivashinsky近似使用极点分解的方法。
2009-10-11 physics.flu-dyn
Intrinsic instability of lean hydrogen/ammonia premixed flames: Influence of Soret effect and pressure
本文通过直接数值模拟和线性稳定性分析，研究了50%H2-50%NH3贫燃预混火焰的固有不稳定性，发现压力和Soret效应均会促进其产生。
2023-11-27 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
Hydrodynamic theory of premixed flames under Darcy's law
该研究针对达西定律下的预混火焰开展多尺度分析，推导得到可用拉普拉斯方程描述的简化模型，确定了两个马克斯坦数的显式表达式，揭示了达西流动特有的速度与重力间断对火焰传播速度的新贡献，可用于多孔介质等受限场景的火焰问题研究。
2024-12-13 physics.flu-dyn
Premixed Flame Dynamics in Narrow 2D Channels
在小通道内传播的预混火焰表现出与传统尺度下的火焰传播不同的复杂燃烧现象。可用的实验和数值研究已经记录了固定/非固定和/或非对称模式，其取决于进入的反应物流的性质以及通道几何形状和壁温。目前的工作旨在阐明机制，导致破环和极限循环行为，这些燃烧模式的基础。具体而言，四种情况下的贫预混甲烷/空气燃烧-两个当量比（0.53和0.7）和两个通道宽度（2和5 mm）-研究在一个2D的配置与恒定的通道长度和批量进口速度，其中使用详细的化学进行数值模拟。外墙加热是通过施加一个线性的温度梯度作为边界条件的两个墙壁上模拟。在2 mm通道中，两个当量比产生的火焰在向上游传播后以对称的火焰前缘稳定。在5 mm通道中，火焰锋开始对称，尽管对称性在点火后几乎立即被破坏。此外，5 mm通道产生具有显著不同的极限环的不稳定燃烧模式：在较稀的情况下（λ = 0.53），不对称的火焰前缘周期性地跳动，而在较浓的情况下（λ = 0.7），观察到具有重复的燃烧和点火（FREI）的火焰。为了提供对负责火焰动力学的机制的见解，反应前沿和火焰前沿被捕获和区分。结果表明，火焰前缘对称性的损失起源于一个区域，其中负拉伸率接近火焰尖点显示大的梯度/曲率，因此，火焰破裂归因于流体动力学不稳定性。极限环行为是[…]
2016-08-01 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
Unified scaling and shape laws for turbulent premixed methane and hydrogen jet flames
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Loughborough University（拉夫堡大学）
本文通过对比甲烷和氢气喷射火焰在不同工况下的实验结果，揭示了两种燃料在湍流燃烧中的统一尺度和形状规律，建立了考虑热扩散效应的通用模型。
2026-03-16 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
On the flame transfer function models for laminar premixed conical and V- flames considering the stretch effect
本文提出考虑拉伸效应的层流预混锥形和V形火焰传递函数模型，发现拉伸降低稳态火焰高度，并分三区域影响FTF增益，同时减小相位滞后。
2023-10-16 physics.flu-dyn
A physics-constrained machine-learning sub-grid-scale modeling approach for turbulent premixed flames
University of Illinois Urbana–Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Notre Dame（圣母大学）
本研究提出一种物理约束机器学习亚网格尺度建模方法，通过物理嵌入训练框架优化模型，可提升湍流预混火焰模拟精度，性能优于无模型、动态闭合等方案。
2026-08-31 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
Combined effects of heat loss and curvature on turbulent flame-wall interaction in a premixed dimethyl ether/air flame
本研究探讨了局部热释放率和混合分数的曲率的影响，在湍流火焰的贫二甲醚/空气火焰壁的相互作用，使用一个完全解决的模拟减少骨架化学反应机制和混合物平均运输。湍流火焰-壁面相互作用影响火焰的区域被发现被限制到小于层流火焰厚度的两倍的壁面距离。在没有热损失的区域，热释放率和曲率，以及混合分数和曲率，负相关，这是根据实验结果。火焰-壁面相互作用改变了热释放率与曲率之间的相关性。从负到正的相关性的符号中的反转被观察到作为火焰开始经历热损失到壁。然而，混合分数和曲率之间的相关性，是不受火焰壁相互作用，仍然是负的。与实验结果相似，所研究的湍流侧壁淬熄火焰同时表现出迎头淬熄和侧壁淬熄行为。不同的淬火事件与不同的曲率值在近壁区。此外，对于中等热损失，热释放率和曲率之间的相关性是敏感的淬火方案。
2023-02-24 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
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
Intermittency of inter-scale kinetic energy transfer and of energy exchange between internal and kinetic energy in turbulent premixed flames
针对预混火焰中尺度间能量输运及内能-动能热交换的间歇性研究不足的问题，本研究利用不同宽度立方体对中等强度湍流中稀氢-空气火焰的三维DNS数据滤波并采样PDFs，证实了上述两类能量过程的显著间歇性。
2024-05-16 physics.flu-dyn
Ensemble-LES Analysis of Perturbation Response of Turbulent Partially-Premixed Flames
本文用动力系统方程研究了Sandia甲烷/空气火焰系列对小扰动的响应。在这里，桑迪亚D和E湍流部分预混火焰计算使用大涡模拟（LES）与小火焰/进展变量的方法。使用300同时LES计算每个火焰，部分李雅普诺夫频谱的流动，它提供了一组李雅普诺夫指数（LE）和李雅普诺夫向量（LV）。特殊的数值程序来处理这样大的数据集和执行矩阵运算的飞行进行了讨论。从LE，火焰的吸引子的尺寸估计，第一次，至少是5000（火焰D）和10500（火焰E）。这是一个重要的结果，表明湍流火焰的混沌性被限制在一个体积的相空间是量化的。扰动的增长发生在比基于最小应变率的时间尺度大得多但比积分尺度小的时间尺度上。此外，确定扰动响应的Lya-punov矢量表明，最强的扰动与射流击穿区域对齐，而其他LV与剪切层对齐。研究发现，熄灭/重燃过程和湍流诱导的射流运动都对火焰的混沌性有很大的贡献，但对所有的LV都不是同等重要的。这些结果提供了新的见解湍流火焰的扰动响应。更广泛地说，这种李雅普诺夫方法允许一个完整的表征与湍流火焰，这有应用程序的建模和控制这样复杂的流动的混沌动力学。
2018-06-08 physics.flu-dyn
Efficient and accurate calculation of dispersion relations for intrinsically unstable premixed flames
本文提出基于傅里叶分析的高效方法，通过单次模拟计算预混火焰不稳定色散关系，解决了单波长扰动在大波长下的问题，并系统评估了数值参数。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Machine learning-based prediction of species mass fraction and flame characteristics in partially premixed turbulent jet flame
本研究将机器学习与大涡模拟结合，基于Sandia Flame D数据训练了NN、LR和DTR三种模型预测部分预混湍流射流火焰的组分质量分数与火焰特性，发现NN模型预测精度最高且计算速度比传统LES求解器快约17.25倍。
2025-05-02 physics.flu-dyn
Modeling pressure effects on the turbulent burning velocity for lean hydrogen/air premixed combustion
我们调查和模型的压力对湍流燃烧速度在很宽的压力和湍流强度的直接数值模拟（DNS）的统计平面湍流预混火焰贫氢/空气混合物。DNS的结果表明，拉伸因子的湍流燃烧速度和火焰表面面积的影响，在升高的压力。特别是，在高压下的增强拉伸因子增加了湍流和层流燃烧速度的比率，减少了“弯曲”效应。基于湍流和层流燃烧速度与火焰拉伸之间的良好一致性，采用由层流火焰数据形成的查找表来模拟不同压力下湍流火焰中的拉伸因子。结合拉伸因子和火焰表面积的子模型，建立了湍流燃烧速度的预测模型。模型预测和DNS结果之间的整体良好的协议表明，所提出的模型是能够定量预测的湍流燃烧速度在很宽的范围内的压力和湍流强度均匀各向同性湍流。
2019-11-25 physics.flu-dyn
Solenoidal and potential velocity fields in weakly turbulent premixed flames
分析了从两个具有显著不同密度比（7.53和2.50）的一维平面、充分发展、弱湍流、单步化学反应、预混火焰中获得的直接数值模拟数据，以探讨燃烧诱导热膨胀对湍流的影响以及这种流动扰动对反应区表面的反向影响。为此，模拟的速度场被分解为螺线管和位速度子场。该方法是合理的事实，即采用（i）一个广泛使用的正交亥姆霍兹-霍奇分解和（ii）最近推出的自然分解得到的结果是接近的最大部分的计算域（包括整个平均火焰刷）除了狭窄的区域附近的入口和出口边界。结果表明，燃烧诱导的热膨胀可以通过产生势流速度波动来显著改变预混火焰上游未燃混合气的湍流。在火焰刷内，在未燃烧的反应物（分别为燃烧产物）中，势场和螺线管速度场负（正）相关，条件是σ=7.53。此外，由螺线管和潜在的速度场产生的应变率之间的相关性和反应区的条件是积极的（消极的）在平均火焰刷的领先（尾随，分别）的一半。此外，潜在的应变率与反应区的曲率负相关，而螺线管应变率和曲率负（正）相关的平均火焰刷的领先（尾随，分别）的一半。
2020-07-16 physics.flu-dyn
Effects of Intrinsic Flame Instabilities on Nitrogen Oxide Formation in Laminar Premixed Ammonia/Hydrogen/Air Flames
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
研究通过DNS分析预混氨/氢/空气火焰中NO形成特性及内在火焰不稳定性影响，发现曲率区域NO浓度变化显著，HNO途径为主导，热NO作用不显著。
2025-03-17 physics.flu-dyn
Dynamic stabilization of a hydrogen premixed flame in a narrow channel
本文通过多缝配置中的几何改变和动态周期性应变/速度场数值模拟，研究窄通道中氢气预混火焰的动态稳定机制，以应对高火焰速度和路易斯数效应带来的回火挑战。
2023-10-15 physics.flu-dyn
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
Strain Rate and Pressure Effects on Multi-branched Counterflow Flames
这项研究提出了甲烷-空气逆流模拟，在计算效率类似的形式，允许可燃混合物从一个或两个方向流动，以了解更多关于多分支传播火焰结构（例如，三重火焰）。在实际的燃烧分析中，通常可以看到这些具有预混火焰和非预混火焰的结构。一系列现实的质量混合物分数和不对称的化学速率定律进行检查，同时避免了通常被迫不真实的对称行为与一步二级动力学。此外，通过改变压力和法向应变率来测量临界参数，以确定火焰结构并检测不同的特征。当应变速率足够低，压力足够高时，三种火焰可以共存。然而，在较高的应变速率和/或较低的压力下，可能仅获得一个或两个火焰。观察到热释放速率的负区域，并将其与潜在的吸热反应联系起来。对于在低应变速率和压力下的富预混混合物，产生CO $_2$和H $_2$ O以及消耗CO和H $_2$的高放热反应导致放热速率峰值。观察到的贫油和丰富的预混火焰的意外字符，导致的结论是，这些火焰是扩散控制。
2020-07-20 physics.flu-dyn
Application of Helmholtz-Hodge decomposition and conditioned structure functions to exploring influence of premixed combustion on turbulence upstream of the flame
为了探索燃烧诱导热膨胀对湍流的影响，引入了一种新的研究方法。该方法包括联合应用亥姆霍兹-霍奇分解和条件结构函数来分析湍流速度场。该方法所提供的机会，证明了使用它来处理直接数值模拟数据获得较早的两个统计一维，平面，充分发展，弱湍流，单步化学，预混火焰，其特征在于两个显着不同的（7.52和2.50）密度比，与所有其他的东西是近似相等的。为了强调燃烧引起的热膨胀对预混火焰上游未燃混合物的湍流的影响，分析的重点放在两点处的未燃混合物的结构函数上。两种分解技术，即（i）一个广泛使用的正交亥姆霍兹-霍奇分解和（ii）最近推出的自然亥姆霍兹-霍奇分解，进行了探讨，使用它们得到的结果是相似的，在最大的部分计算域的入口和出口边界附近的狭窄区域除外。计算结果表明，燃烧引起的热膨胀可以显著改变预混火焰上游未燃混合物的湍流，其方式是产生各向异性的位流速度脉动，其空间结构与来流湍流的空间结构有很大不同。这种潜在的速度波动的幅度是大于螺线管的速度波动的幅度在最大的部分的平均火焰刷的情况下的高密度比。在低密度比的情况下，后者的幅度是更大的无处不在，但这两个幅度是可比的，在中间的平均火焰刷。
2020-07-16 physics.flu-dyn
A Novel Approach for Direct Measurement of the Stretch Factor in Laminar Premixed Hydrogen-Air Flames Affected by Thermodiffusive Instabilities
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；SINTEF Energy Research（辛特夫能源研究）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本文提出了一种利用OH-PLIF成像的新实验方法，直接测定层流氢气火焰在从准稳定到热扩散不稳定状态过渡时的拉伸因子，通过分析火焰表面变化和燃烧速率变化来确定拉伸因子。
2026-03-20 physics.flu-dyn
Propagation of weakly stretched premixed spherical spray flames in localized homogeneous and heterogeneous reactants
本文对弱拉伸球形火焰在部分预蒸发燃料喷雾中的传播进行了理论研究。一个通用的理论来描述火焰传播速度，火焰温度，液滴蒸发开始和完成的位置。研究了液体燃料和气体混合物性质对球形喷雾火焰传播的影响。结果表明，喷雾火焰传播速度随着液滴质量负荷和/或蒸发换热系数（或蒸发速率）的增加而增加。当潜热高时，由于强的蒸发热吸收，发现相反的趋势。在非均质火焰的火焰后蒸发区观察到燃料蒸气和温度梯度。火焰传播过程中，蒸发完成前沿位置随火焰半径变化较大，而蒸发开始位置相对于火焰前沿变化不大。对于较大的液滴载荷和较小的蒸发速率，燃料液滴倾向于在火焰前缘之后完成蒸发。在大的潜热下，高液滴质量负载会发生火焰分叉，导致火焰传播速度、液滴蒸发开始和完成锋的多重性。燃料液滴喷雾对火焰的增强或减弱作用是通过增强或抑制火焰前区的热质扩散过程来体现的。此外，对于非均匀火焰，在火焰后区也存在热质扩散。随着Lewis数的减小，均质火焰和非均质火焰的质量扩散都得到增强。随着液滴负载的增加，马克斯坦长度的大小大大减小。此外，当液体燃料含量较低时，不均匀火焰后面的火焰后液滴燃烧影响火焰传播速度和Markstein长度。
2020-09-27 physics.flu-dyn
