Effects of pressure on the chemical sooting structure of equi-diffusive counterflow diffusion flames
University of Toronto Institute for Aerospace Studies（多伦多大学航空航天研究所）
本研究结合实验与OpenSMOKE++数值模拟，探究1-6 bar压力对等扩散对向流扩散火焰soot结构的影响，发现soot浓度随压力升高而增加，乙炔为碳传递关键节点，其影响力随压力增大。
2026-08-26 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Experimental and numerical study on the effect of oxymethylene ether-3 (OME3) on soot particle formation
由于日益严格的排放法规，减少和控制化石燃料燃烧产生的颗粒物质是实际和未来燃烧装置的主要问题之一。最近，已经研究了各种燃料作为柴油和汽油的潜在替代品或添加剂。这项工作的重点是如何氧亚甲基醚-3（OME 3），最小的有前途的OME化合物，影响碳颗粒的形成时，与乙烯在燃烧器稳定的预混火焰在不同的当量比。进行了颗粒尺寸分布（PSD）和激光诱导荧光（LIF）和白炽度（LII）以及数值（基于D 'Anna物理化学烟灰模型的条件求积矩法-CQmean）研究，以研究纯乙烯和乙烯/OME 3火焰中的颗粒形成和生长。碳烟体积分数和PSD表明在所有当量比的碳烟颗粒的总数和尺寸的减少，而小的纳米颗粒的数量几乎保持不变。的CQSTIM模型是能够预测类似的趋势的烟灰体积分数，并使用熵最大化的概念，PSD的一般形状为纯乙烯和OME 3混合火焰，相比实验测量。此外，在最高当量比条件下对碳颗粒物质进行热迁移采样并进行光谱分析。使用紫外可见光谱和拉曼光谱研究了烟灰的结构，发现纯乙烯烟灰的芳香性略高。FTIR分析表明，从OME 3掺杂的火焰产生的碳颗粒物质含有大量的氧，主要以C=O的形式。
2022-10-19 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Spatial Dependence of Polycyclic Aromatic Compounds Growth in Counterflow Flames
芳香族化合物在火焰中的形成机制受到导致其形成的化学和热历史的强烈影响。事实上，表征燃烧系统的复杂环境不仅影响气相物质的组成，而且还决定了所产生的碳烟前体的结构和特性。为了说明这些影响的重要性，在这项工作中，我们调查的烟灰前体在大气压下的乙烯/氧气/氩气逆流扩散火焰的生长机制，使用计算和实验技术相结合。在扩散火焰中，流动特性在颗粒的形成、生长和氧化过程中起着重要作用，而火焰位置对碳烟前驱体有很大影响。流体动力学模拟和随机离散建模一起使用，以确定沿各种流动流线的关键反应途径。模型进行了验证与实验质谱使用气溶胶质谱与真空紫外光电离耦合。结果表明，夺氢乙炔加成反应和插氧反应都是分子生长的主要机制，它们的相对重要性取决于流线上的火焰条件。在高温、高原子氧浓度和相对低的乙炔丰度的区域检测到含氧物种。这项研究还强调了需要在三维空间中建立逆流火焰模型，以捕获碳烟前驱体生长机制的空间依赖性。
2017-12-28 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Analysis of soot formation in a lab-scale Rich-Quench-Lean combustor using LES with tabulated chemistry
本文使用LES与列表化学方法，结合FGM燃烧模型和CDSM碳烟模型，研究实验室规模RQL燃烧室中空气稀释对碳烟生成的影响，发现空气稀释通过增强氧化和形成更稀薄混合气显著抑制碳烟生成。
2024-07-23 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
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
Turbulent flame-wall interaction of premixed flames using Quadrature-based Moment Methods (QbMM) and tabulated chemistry: An a priori analysis
假设概率密度函数（PDF）和输运概率密度函数（PDF）方法通常用于模拟湍流反应流中的湍流化学相互作用。然而，很少有人关注的湍流化学相互作用的PDF关闭火焰壁相互作用。在这项研究中，准DNS的湍流预混，化学计量比的甲烷-空气火焰点燃在一个充分发展的湍流通道流经历侧壁淬火进行了研究。本研究的目的是双重的。首先，在准DNS配置中，在核心流和近壁区域中，分析了湍流化学相互作用闭合模型中需要考虑的进展变量和焓的联合PDF。其次，一个运输PDF的封闭模式，基于条件求积矩方法，和一个假定的PDF的方法进行了检查，在先验分析中使用准DNS作为参考的上下文中的雷诺平均Navier Stokes（RANS）和大涡模拟（LES）。联合PDF的分析表明，在近壁区域的反应标量分布的高度复杂性。在这里，一个高度的相关性的进展变量和焓被发现，火焰传播和淬火是同时存在的。在这项工作中提出的传输PDF的方法，基于条件求积法的时刻，帐户的时刻的联合PDF的进展变量和焓耦合到淬火小火焰生成的流形。在先验分析中，湍流化学相互作用PDF闭合模型在核心流中显示出较高的精度。而在近壁区，只有条件矩量法才适合于预测火焰结构。
2022-12-07 physics.flu-dyn
GPU-accelerated Large Eddy Simulation of turbulent stratified flames with machine learning chemistry
针对实验室尺度分层预混火焰高保真模拟计算昂贵的问题，提出GPU求解器结合ANN替代反应速率计算的方法，并在Cambridge火焰大涡模拟中验证其精度与超百倍加速。
2023-12-10 physics.flu-dyn
Assessment of tabulated-chemistry models for lean premixed strained hydrogen flames with low-dimensional manifolds
TU Delft（代尔夫特理工大学）；Sapienza, University of Rome（罗马大学）
本文评估了低维曼弗尔德中贫燃预混氢火焰表征化学模型的局限性，提出新型拉伸火焰let方法，提高湍流中反应速率预测精度，保持计算效率。
2025-10-01 physics.flu-dyn
Large-eddy simulations of a lean hydrogen premixed turbulent jet flame with tabulated chemistry
Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）；Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Southampton（南安普顿大学工程与物理科学学院）；Institute for Combustion Technology, RWTH Aachen University（亚琛工业大学燃烧技术研究所）
本研究通过 LES 模拟了 lean 氢气预混湍流喷嘴火焰，采用表征火焰模型和假定形状 PDF 方法，验证了热扩散和热损失对火焰结构和特性的影响。
2026-03-03 physics.flu-dyn
Preferential and differential diffusion in RANS simulation of lean hydrogen flames with tabulated chemistry
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）
研究贫氢火焰RANS模拟中优先和差异扩散问题，基于表格化学模型扩展到RANS框架，考虑混合平均扩散等因素，通过假定PDF方法纳入湍流-化学相互作用，能正确再现火焰相关特性，证明模型在模拟中纳入相关效应的能力。
2026-07-22 physics.flu-dyn
Application of dense neural networks for manifold-based modeling of flame-wall interactions
本文利用在淬熄火焰数据库上训练的稠密神经网络构建低维化学流形，并通过稀疏PCA自动识别输入参数，在CFD中实现预混甲烷-空气侧壁淬熄火焰的高效模拟，其精度与详细化学及QFM方法相当。
2023-08-10 physics.flu-dyn
An a priori analysis of a DNS database of turbulent lean premixed methane flames for LES with finite-rate chemistry
湍流贫预混甲烷火焰的DNS数据库的先验分析，考虑湍流和LES过滤的相对影响，以及潜在的建模方法LES与有限速率化学。领先的顺序效应被认为是由于过滤器操作;火焰响应湍流是一个次要的影响，主要表现为增加标准偏差的条件手段。发现自由基O、H和OH受过滤器的影响小于其他高温自由基，过滤器显著降低了这些自由基的大小。通过考虑反应路径图，已经确定了关键反应，这些反应是造成所需过滤反应速率与使用LES计算中可用的量（即过滤物质和温度）评价的反应速率之间差异的原因。更具体地说，氢提取反应，采取CH 4到CH 3（由O，H和OH）被发现有特别增强的反应速率，并占主导地位的反应path. Under提出的条件下，反应路径被发现是独立的湍流强度。一般来说，发现来自DNS的过滤的反应速率比过滤的物质和温度的反应速率更接近于过滤的层流分布，（但是发现差异随着Karlovitz数的增加而减小）。一个简单的模型缩放反应速率被认为是基于过滤层流火焰的配置文件，并由此产生的反应路径证明了一个简单的方法，制定一个反应速率模型LES与有限速率化学的概念验证。
2018-06-26 physics.flu-dyn
Curvature effects in turbulent premixed flames of H$_2$/Air: a DNS study with reduced chemistry
通过对湍流预混本生火焰的三维直接数值模拟，分析了低整体Lewis数下曲率对局部火焰阵面的影响。为此，化学动力学建模根据简化方案，涉及5个反应和7个物种，以模仿H $_{2}$ /空气火焰当量比$ϕ=0.5$。对于延伸到新鲜气体中的锋面（凹面），发现局部温度和反应速率增加，而对于在相反方向（凸面）上延伸的锋面（即朝向燃烧的混合物），观察到局部淬火。数据表明，这些超反应性（凹前）和淬火区（凸前）的反应区域中的发生是主要的相比，与相应的未拉伸层流火焰兼容的行为。特别是，以及内部的反应区域中，OH自由基浓度的概率密度函数显示出双峰形状与对应于负（凹）和正（凸）曲率的峰值，而局部平坦的前端不太频繁地检测。这两种状态与层流情况下较高和较低的化学活性有关。附加的统计条件，以当地的氢浓度提供进一步的信息，这种双态动力学和差异，相对于相应的层流未拉伸火焰时，从新鲜的燃烧气体区域。最后，我们讨论的热扩散不稳定性的湍流的影响表明，湍流的波动，增加火焰前波纹，基本上是负责的局部火焰淬火。
2017-02-16 physics.flu-dyn
Flame-vortex interaction during turbulent side-wall quenching and its implications for flamelet manifolds
在这项研究中，热化学状态的湍流火焰壁面相互作用的化学计量比甲烷-空气火焰的研究使用一个完全解决的模拟与详细的化学。湍流侧壁淬熄火焰同时表现出迎头淬熄和类侧壁淬熄两种行为，对近壁区域的CO生成有显著影响。从模拟的详细见解是用来评估最近提出的火焰（尖端）涡流相互作用的机制，确定从实验湍流侧壁淬火。它描述了在火焰的淬熄点附近，燃烧过的气体被夹带到新鲜气体混合物中。模拟中观察到的火焰行为和热化学状态与实验中观察到的现象相似。提出了一种新型的化学歧管，该歧管既考虑了由于火焰涡流相互作用区域中的废气再循环引起的火焰稀释效应，又考虑了壁面的焓损失。该流形的先验分析，使用仿真结果作为参考进行了验证。排气再循环效应在歧管中的掺入导致火焰涡流相互作用的近壁区域中的预测精度显著增加。
2022-12-07 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
Turbulent flame speed based on the mass flow rate: theory and DNS
通过构成一个统计平面，湍流预混火焰的等温线系综的质量流率的积分公式开始，相应的湍流火焰速度的缩放导出，而不调用Damk{<$}hler的假设。主要的近似和中期结果进行验证，使用一个大的Karlovitz数，单位路易斯数，直接数值模拟（DNS）数据集的正庚烷/空气混合物，计算与减少化学。本文提出了一种新的长度尺度来量化预混火焰结构内等温线的波动距离。
2022-07-12 physics.flu-dyn
The structure of the blue whirl revealed
蓝色漩涡是一种小型、稳定、旋转的蓝色火焰，它是在实验室研究剧烈、湍流的火旋风时自发形成的。蓝色旋风清洁燃烧重，液体碳氢燃料，没有烟尘生产，提出了一个新的潜在的低排放燃烧方式。它是可再现的，出现在一系列不同的燃料和初始条件下，是安静的，出现层流，并具有导致其结果的想法，从涡流破裂的特点，反应流体。自从它被发现以来，人们在测量方面付出了相当大的努力，这些测量显示了它的温度结构和对表面附近边界层的敏感性。这导致了相当多的猜测的火焰的类型，包括it.同时，有一个数值的努力来研究其结构，通过模拟气体反应流中的旋涡破裂。本文所描述的模拟表明，稳定的蓝色漩涡是由三种不同的火焰结构-扩散火焰和预混的丰富和贫乏的火焰-所有这些满足在第四个结构，三重火焰出现作为一个旋转的蓝色环。此外，蓝色漩涡结构出现的漩涡破裂的结果，在一个旋转的反应流，证明了在模拟中的气泡模式，通常是不可见的实验，但在中心的漩涡。本文还介绍了用于研究的工具，并讨论了如何将其用于未来的调查。
2019-09-26 physics.flu-dyn
A comprehensive study on the accuracy and generalization of deep learning-generated chemical ODE integrators
本研究提出一种基于深度神经网络的化学ODE积分器，通过扰动策略和热释放率约束提升精度与泛化，在多种燃料和火焰中验证了其准确性，并实现50至90倍的加速。
2023-12-27 physics.flu-dyn
Stabilization of lifted hydrogen jet diffusion flame in a vitiated co-flow: effects of jet and coflow velocities, coflow temperature and mixing
本文采用条件矩闭合法（CMC）对H2/N2燃料进入稀薄H2/空气燃烧产物的同向流中的湍流射流火焰进行了数值模拟。一个二维轴对称配方已被用于流体流动的预测，而CMC方程求解与详细的化学代表的顺磁性化学相互作用。模拟进行了不同的同向流温度，射流和同向流速度，以调查火焰的升力高度以及对火焰稳定的影响。此外，还研究了条件速度模型对火焰的作用。此外，混合的效果进行了调查，在一个范围内的同向流温度和稳定机制的确定从运输预算的分析。结果表明，剥离高度对共流温度高度敏感，而使用混合模型常数，即，CΦ=4，与实验结果最接近。对于所有的同向流温度，平衡之间的化学，轴向对流和分子扩散项，而轴向和径向扩散的贡献是可以忽略不计的，从而表明自燃的火焰稳定机制。
2021-02-03 physics.flu-dyn
Assessment of flamelet manifolds for turbulent flame-wall interactions in Large-Eddy Simulations
本文通过LES后验比较FGM、QFM与QFM-EGR预测湍流侧壁淬熄火焰-壁面相互作用的能力，证明考虑混合效应的QFM-EGR在淬熄点瞬时状态预测上更优。
2023-08-15 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
Can flamelet manifolds capture the interactions of thermo-diffusive instabilities and turbulence in lean hydrogen flames? -- An a-priori analysis
本研究针对小火焰模型能否应用于湍流稀氢火焰的问题，通过模拟评估拉伸效应，发现原有制表流形存在局限，提出需构建同时纳入应变与曲率变化的新型流形以支撑相关燃烧模型开发。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Importance of mass and enthalpy conservation in the modeling of titania nanoparticles flame synthesis
在大多数细颗粒反应流的模拟中，包括炭黑火焰，气相和颗粒相之间的焓交换和两相之间的微分扩散通常被忽略，因为颗粒的质量分数通常很小。然而，当纳米颗粒的质量分数非常大，占混合物质量的高达50%时，总焓和/或总质量的守恒变得至关重要。在本文中，我们调查的质量和焓守恒的影响，在火焰中的二氧化钛纳米粒子合成的建模，经典的特点是高转换率，因此高的纳米粒子浓度。结果表明，当纳米颗粒浓度较高时，忽略颗粒相的焓可能导致温度分布的近70%的相对误差和主要二氧化钛物种的质量分数和燃烧产物的相对误差范围从20%到100%。它也被建立，忽略相对于颗粒相的气相的微分扩散也是显着的，几乎15%的相对误差的TiO $_2$摩尔分数，虽然对燃烧产物的影响是轻微的。
2021-02-03 physics.class-ph physics.flu-dyn
Transition from turbulence-dominated to instability-dominated combustion regime in lean hydrogen-air flames
通过关闭湍流强迫，对贫氢-空气火焰在受迫湍流中的传播进行了复杂化学直接数值模拟。结果表明，湍流衰减引起的燃烧速度U_T（t）的降低在湍流减弱时发生逆转，出现一个U_T（t）峰值，两种情况下的峰值大小和相应的Karlovitz数相似。这些结果（i）归因于层流火焰不稳定性的激活，而层流火焰不稳定性已被强湍流抑制，并且（ii）被认为表明不稳定性仅在足够弱的湍流中才能显著影响U_T。
2023-03-13 physics.flu-dyn
Assessment of turbulent fire dynamics and combustion instabilities using a flamelet model
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；State Key Laboratory of Fire Science（火灾科学国家重点实验室）；University of Wuppertal（乌珀塔尔大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本研究以桑迪亚1米甲烷火羽流为基准，采用FPV方法结合LES探究火焰底部燃烧不稳定性，量化了有限速率化学与微分扩散的影响，为大规模湍流浮力火焰高保真模拟提供了指导。
2026-08-26 physics.flu-dyn
Numerical Analysis of the Stability of Iron Dust Bunsen Flames
本研究通过数值模拟发现铁粉尘本生火焰对颗粒负载突变具有鲁棒性，归因于其燃烧受氧气扩散控制而缺乏温度反馈机制。
2025-03-27 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
Impact of fuel chemistry on the global consumption speed of large hydrocarbon fuel/air flames
大型碳氢化合物燃料用于地面和空中运输，并将在可预见的未来使用。尽管它们被广泛使用，但大型烃类燃料的湍流燃烧仍然相对知之甚少并且难以预测。燃烧这些燃料时的一个关键参数是湍流消耗速度;燃料和空气通过湍流火焰前缘消耗的速度。这样的信息可以用作模型输入参数和用于验证建模结果。在这项研究中，湍流消耗速度测量三个射流状燃料使用预混湍流本生灯。燃烧器用于独立控制湍流强度、未燃温度和当量比。每种燃料具有相似的热释放（在2%内）、层流火焰速度（在5- 15%内）和绝热火焰温度。尽管有这种相似性，对于恒定的Re_D和湍流强度，A2（即，射流-A）具有最高的湍流火焰速度并保持稳定（即，没有尖端淬火）在比其它评估的燃料更低的温度下。相比之下，不含芳烃的C1燃料具有最慢的湍流火焰速度，并且在比其他燃料更高的温度下表现出尖端淬灭。C1是最敏感的湍流的影响，证明了这种燃料具有最大的比例湍流层流火焰速度。C1燃料具有最高的拉伸敏感性，一般来说，如计算的Markstein数所示。这项工作表明，湍流火焰速度和顶端稳定性的多组分大碳氢燃料可以敏感的化学类的组成部分。目前工作的结果表明，在使用替代燃料或代用燃料来复制常规燃料时，可能需要谨慎，特别是如果替代燃料缺少影响拉伸敏感性的化学类别的燃料。
2022-01-01 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Assessment of turbulence-chemistry interaction models in MILD combustion regime
本文报告了在中等和强烈低氧稀释燃烧区中模拟湍流燃烧的不同的湍流-化学相互作用封闭的评估。对模拟MILD燃烧的DJHC和Adelaide JHC两种燃烧器的火焰进行了二维RANS模拟。为了模拟这些火焰，考虑了两种不同的方法的毒性-化学相互作用模型;而在基于PDF的建模中，调用两种不同的变体来理解基于PDF的模型在MILD区域中的适用性：一种是基于假定形状的PDF方法，另一种是传输PDF方法。通过比较从这些不同的模型得到的结果进行了全面的研究。对于DJHC燃烧器，计算是针对雷诺数Re=4100对应的射流速度进行的，而Adelaide JHC燃烧器计算是针对雷诺数Re=10000对应的射流速度进行的。采用不同的微观混合模型研究了分子扩散对火焰特性的影响。在DJHC燃烧器的情况下，已经观察到的平均轴向速度和湍流动能分布与测量结果很好地一致。然而，EDC和PDF模型在下游区域的温度分布预测过高。在Adelaide JHC燃烧器的情况下，使用LPDF方法获得的温度和主要物种（CH 4，H2，O2，H2O，CO2）的质量分数的轮廓与测量相比，使用EDC模型获得的更好的一致性;虽然，这两种解决方案的方法都未能捕获CO和OH自由基的轮廓。
2021-01-21 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
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
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
Local flame displacement speeds of hydrogen-air premixed flames in moderate to intense turbulence
对湍流预混火焰中局部火焰位移速度$S_d$的全面了解对下一代氢燃料发动机的设计和开发至关重要。预混氢-空气火焰的特征在于与其他常规燃料相比显著更高的层流火焰速度。此外，在存在湍流的情况下，$S_d$被增强得远远超过其相应的未拉伸的平面层流值$S_L$。在这项研究中，高Karlovitz数（$Ka$）湍流的影响，密度加权火焰位移速度，$\widetilde{S_d}$，在H $_2$ -空气火焰进行了研究。最近，人们已经确定，火焰-火焰相互作用在区域的大负曲率支配大偏差的$\widetilde{S_d}$从$S_L$，为中度湍流火焰。还提出了用于相同的交互模型。在这项工作中，我们试图测试的相互作用模型的适用性强湍流火焰的特点是大$Ka$。为此，我们调查的局部火焰结构：热，化学结构，曲率的影响，沿所选等温表面的法线方向。此外，还分析了传输和化学项对$\widetilde{S_d}$的相对贡献。结果发现，不像中度湍流预混火焰，其中增强的$\widetilde{S_d}$驱动的完整的火焰结构之间的相互作用，$\widetilde{S_d}$增强高$Re_t$和高$Ka$火焰主要是由局部的相互作用的等温线。结果表明，在负曲率较大的区域内，由于这些相互作用，$\widetilde{S_d}$的增强现象发生了，表明该相互作用模型对高$Ka$湍流预混火焰也是有用的。
2021-06-15 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
Large eddy simulation/probability density function simulations of the Cambridge turbulent stratified flame series under swirling conditions
LES/PDF方法适用于剑桥/桑迪亚湍流分层火焰系列旋流条件下。甲烷/空气化学反应采用16组元简化的ARM 1反应机理，并采用现场自适应制表方法加速化学反应计算。通过钝体表面的差分扩散和热损失的影响被考虑在内。模拟进行预混（SwB 3），中度和高度分层（SwB 7和SwB 11，分别）的情况下，在旋流条件下。LES/PDF模拟的结果与实验测量进行了比较。计算的平均值和r.m.s.速度、温度、当量比和组分质量分数的分布与所有三种条件下的测量结果非常一致。散点图和有条件的手段物种摩尔分数和温度进行了比较与实验数据，在整体良好的一致性与测量。回流区的长度是非旋流条件下获得的回流区的五倍。计算中没有捕捉到钝体附近的低当量比高温区，这是由于下游混合物进入回流区的夹带不足。参数研究表明，微分扩散对平均值和均方根值的影响可以忽略不计。的结果，而热损失有相当大的影响的温度和CO的轮廓接近钝体。
2020-12-03 physics.flu-dyn
Analysis of thermodiffusive instabilities in hydrogen premixed flames using a tabulated flamelet model
本研究通过表格化火焰面模型结合混合物平均扩散，分析氢预混火焰的热扩散不稳定性，验证其在线性与非线性区域均能准确预测火焰行为，且计算成本显著低于详细化学方法。
2024-11-05 physics.comp-ph 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
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
Evaluation of Quadrature-based Moment Methods in turbulent premixed combustion
传输概率密度函数（PDF）方法被广泛用于模拟湍流火焰，其特征在于强烈的湍流化学相互作用。通常使用直接求解PDF的数值方法，例如拉格朗日粒子或随机场（SF）方法。然而，特别是对于以高反应速率和薄反应区为特征的预混合燃烧构造，在物理空间和组成空间两者中都需要精细的PDF分辨率，导致高数值成本。求解PDF的另一种方法是矩量法，该方法已被证明在广泛的应用中具有数值效率。在这项工作中，两个基于正交矩封闭的湍流预混燃烧的背景下进行评估。基于正交的矩量法（QNDT）和最近开发的扩展QNDT（EQNDT）的组合使用的列表化学方法来近似的组成PDF。这两个封闭的PDF方法，一个活塞流反应器与不完善的混合，并从拉格朗日粒子和SF方法获得的参考结果相比，首先适用于一个既定的基准案例。其次，一组湍流预混甲烷-空气火焰进行了模拟，不同的Karlovitz数和湍流长度尺度。获得的湍流火焰速度与SF参考解决方案进行了比较。此外，空间分辨率的要求，模拟这些预混火焰使用QNDO的调查和SF的要求进行比较。结果表明，两种方法都非常适合于重现湍流火焰的特性。此外，它表明，矩方法需要较低的空间分辨率相比，SF方法。
2022-10-19 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
Reduced Order Modeling of Turbulence-Chemistry Interactions using Dynamically Bi-Orthonormal Decomposition
动态双正交（DBO）分解的性能进行了评估的毒性化学相互作用的降阶建模。DBO是一种动态的低秩近似技术，其中反应流场的瞬时组成矩阵被分解成一组正交空间模式，一组正交向量在组成空间中，和低秩相关矩阵的因式分解。区分DBO和基于主成分分析（PCA）的降阶模型（ROM）的两个因素是：（i）DBO不需要任何离线数据生成;以及（ii）与PCA中的静态子空间相比，DBO中的低秩组成子空间是时间相关的。由于这些功能，DBO可以适应在飞行中的内部和外部激发的瞬态变化的状态的运输变量。为了演示，模拟进行的非预混CO/H2火焰在时间上不断演变的射流。使用具有53种物质的GRI-Mech 3.0模型进行化学动力学建模。通过对同一火焰的满秩直接数值模拟（DNS）生成的数据进行后验比较，并对DNS数据进行PCA还原，对结果进行评估。DBO也产生了很好的预测的各种统计的热化学变量。
2022-01-06 physics.flu-dyn
Towards large eddy simulations of premixed turbulent flames without a combustion model
本研究验证了预混湍流火焰大涡模拟中，直接计算火焰面密度所需分辨率远低于直接计算燃烧速率的假设，提出当滤波宽度与层流火焰厚度同量级时，无需亚格子燃烧模型即可准确预测火焰面密度，为简化大涡模拟燃烧建模提供依据。
2024-08-14 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
Large eddy simulation of a supersonic lifted hydrogen flame with sparse-Lagrangian multiple mapping conditioning approach
采用多重映射条件化/大涡模拟（MMC-LES）方法模拟了超声速氢射流火焰，研究了激波诱导自燃、激波-火焰相互作用、火焰稳定性和有限速率化学效应等问题。该模型准确地再现了激波和膨胀波、激波-反应相互作用和整体火焰特性。将不同位置的平均轴向速度、平均温度和均方根温度、物种摩尔分数和混合物分数的预测与详细的实验数据进行比较。预测和实验观察到的火焰结构进行了比较，通过散点图的物种摩尔分数和温度对混合物分数。与大多数过去的MMC-LES已被应用于低马赫火焰，在这个超音速火焰的情况下，压力功和粘性加热包括在随机FDF方程。分析表明，压力功在自燃诱导和火焰稳定中起着重要作用，而粘性加热仅在剪切层中显着（但与压力功相比仍然可以忽略不计）。通过对典型燃料和氧化剂颗粒的轨迹分析，提取了颗粒随局部气体动力学的演化信息。颗粒间歇性地进入熄灭区，并可能在激波、膨胀波和粘性加热的作用下偏离完全燃烧或混合线。拉格朗日粒子的化学爆炸模式分析表明，温度，H和OH自由基的贡献占主导地位的CEM分别在中央燃料射流，富燃料和贫燃料侧。明显的颗粒Damköhler数首先发生在燃料射流/同向流剪切层，在第一个激波交点处增强，并在火焰稳定点附近达到峰值。
2021-06-08 physics.flu-dyn
Non-normality in combustion-acoustic interaction in diffusion flames: a critical revision
即使系统是线性稳定的，非正态系统中的扰动也会瞬时增长。如果这种瞬态增长足够大，它可以从小的初始扰动触发自持振荡。这对燃烧声振荡具有重要的实际影响，燃烧声振荡是火箭和飞机发动机中的一个持续存在的问题。Balasubramanian和Sujith（Journal of流体力学，2008，594，29-57）模拟了声导管中的无限速率化学扩散火焰，并发现该系统中的瞬态增长可以将初始能量放大$10^5$至$10^7$级的因子$G_{max}$。然而，L. Magri & M.杜松先生揭露了那篇论文中的某些错误。当误差被校正时，发现$G_{max}$的阶数为1到10，这表明非正态性并不像人们认为的那样有影响力。
2013-10-01 physics.flu-dyn
Turbulent Accelerating Combusting Flows with a Methane-Vitiated Air Flamelet Model
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
研究了掺混空气条件下甲烷燃烧的湍流燃烧层，采用火焰图变量方法结合k-ω和SST湍流模型，分析了反应机制细节对燃烧过程的影响。
2024-09-23 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
Graphics Processing Unit/Artificial Neural Network-accelerated large-eddy simulation of turbulent combustion: Application to swirling premixed flames
本文提出GPU求解偏微分方程与ANN替代反应速率相结合的GPU-ANN框架，用于旋流预混火焰大涡模拟，在保持CPU-DI精度的同时实现超过两个数量级加速。
2024-02-29 physics.flu-dyn
A predictive model of the turbulent burning velocity for planar and Bunsen flames over a wide range of conditions
提出一种无自由参数的湍流燃烧速度代数预测模型，包含拉伸因子与火焰面积子模型，经285例直接数值模拟与实验验证，平均误差25.3%，适用条件广泛。
2021-03-21 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
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
FGM Modeling of Thermo-Diffusive Unstable Lean Premixed Hydrogen-Air Flames
本研究提出一种新的FGM方法，通过仅考虑主要贡献组分来捕捉优先扩散和交叉扩散效应，实现对热扩散不稳定的贫燃预混氢气-空气火焰的高效准确建模。
2025-08-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A numerical study of the the response of transient inhomogeneous flames to pressure fluctuations and negative stretch in contracting hydrogen/air flames
瞬态预混氢/空气火焰收缩通过不均匀的燃料分布，并进行拉伸和压力振荡的数值研究使用隐式方法耦合的完全可压缩流的现实化学和多组分传输特性。通过使用平面、圆柱形和球形几何形状研究了{ \em负}拉伸增加的影响，并与{ \em正}拉伸膨胀H2/空气火焰（MALIK 2010）和CH 4/空气火焰（MALIK 2012 a）的结果进行了比较。火焰松弛数$n_R=τ_R/τ_L$（$τ_R$是火焰在初始扰动后回到平均平衡状态所需的时间; $τ_L$是火焰时间尺度）随着{ \em负}拉伸的增加而减少10%，而两种膨胀火焰的$n_R$随着{ \em正}拉伸的增加而减少40%. $n_R$似乎对正/负曲率的变化比对不同火焰类型的热化学更敏感。因此，$n_R$可能是火焰-曲率耦合强度的有用指标。压力波动谱$E_p(ω)$的尺度接近于$\simω^{-3}$，其比在其中$E_p(ω)\simω^{-2}$的膨胀H2/空气火焰中更陡。由于火焰前面没有气体速度$u_g=0$，由随机压力波动引起的最大对流速度引起的火焰前缘的快速传输（“扑动”）是突出的。尽管收缩的火焰在平均值上显示出很短的时间滞后，但燃料消耗和热释放速率之间的“记忆效应”被拍打所掩盖。
2016-01-31 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
