Combustion Dynamics of Ten-injector Rocket Engine Using Flamelet Progress Variable
本研究针对十喷注器火箭发动机燃烧不稳定性，基于OpenFOAM开发代码，采用FPV模型与DES开展数值模拟，确定压力修正幂律，对比OSK模型的燃烧模态差异，分析多物理量耦合并初步研究喷注器共振。
2023-07-20 physics.flu-dyn
A dynamic combustion model for supersonic turbulent combustion
本研究提出一种基于双增量概率密度函数的动态燃烧模型，用于模拟超音速湍流燃烧，通过动态权重处理亚网格组分变化，在支柱-凹腔火焰稳定器案例中验证了其对均匀自点火和湍流混合控制火焰的建模能力。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Multifractal detrended fluctuation analysis of combustion flames in four-burner impinging entrained-flow gasifier
在实验室规模的四对置燃烧器对撞式旋流气化炉试验台上，利用单CCD摄像机对柴油燃烧和气化过程的火焰图像进行了测量。采用二维多重分形去趋势波动分析方法研究了火焰图像的多重分形性质。当$q>0$阶数和火焰图像的多重分形特征得到证实时，揭示了去趋势波动的退火平均值的良好幂律标度性。进一步的分析确定了两个多重分形参数，最小和最大奇异性$α_{\min}$和$α_{\max}$，作为多重分形火焰的特征参数。这两个特征多重分形参数随不同的实验条件而变化。
2007-10-27 physics.flu-dyn
Filtered turbulent flame model with wrinkling correction on chemical source for nonpremixed combustion simulation
Global College, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学全球学院）
针对非预混燃烧模拟的滤波湍流火焰模型（FTFM），引入对化学源项的褶皱修正，经两种火焰案例测试验证了其精度与鲁棒性。
2026-08-18 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
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
Effect of Inflow Turbulence on Premixed Combustion in a Cavity Flameholder
采用非连续Galerkin有限元程序JENRE，在飞行焓为5马赫的条件下，对弗吉尼亚大学超音速燃烧室凹腔火焰稳定器内的冲压式燃烧进行了高分辨率的数值模拟。先前的实验测量了空腔流入处的自由湍流强度，范围为10 - 15%。在这项工作中的模拟中，实现了一个合成的湍流流入发生器，以再现流入空腔的湍流。湍流流入边界条件产生的速度扰动和湍流强度与使用粒子诱导测速仪在设施中测量的值相匹配。模拟进行了有和没有来流湍流，研究湍流对火焰稳定性和结构的影响。在这两种情况下，都实现了空腔稳定火焰。流入湍流促进了更稳健的燃烧，导致火焰从空腔进一步传播到核心流中，相对于轴向流动方向扩大了火焰角。模拟得到的火焰角与实验结果和理论预测一致。确定了空腔的旋涡脱落频率。火焰应变率和压力波动的空腔剪切层也进行了测量，发现周期性变化的频率等于的旋涡脱落。在腔剪切层中的高流动应变率，驱动的旋涡脱落过程中，被确定为火焰拉伸和低OH浓度的火焰横穿腔坡道的原因。空间分辨率对模拟的影响进行了讨论，通过比较的情况下，使用二阶和三阶精度不连续伽辽金有限元。
2020-10-27 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
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
Evaluation of flamelet-based models for liquid ammonia combustion in a temporally evolving mixing layer
本研究评估了扩展火焰面模型（E-FPV、E-FGM、E-Hybrid）在液氨/甲烷共燃湍流混合层中的性能，通过PP-DNS验证发现E-FGM最优，归因于闪蒸导致的预混燃烧主导。
2023-12-04 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
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
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
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
LES of the Sandia Flame D Using an FPV Combustion Model
湍流燃烧现象的模拟是现代流体动力学中的一个开放性问题。考虑到碳氢化合物燃烧在能源生产过程中的经济重要性，显然需要一种计算成本相对较低的精确工具来预测这种反应流。在目前的工作中，进行了比较研究之间的大涡模拟，进行各种网格分辨率，雷诺平均Navier-Stokes模拟，和实验数据有关的著名的Sandia D火焰测试情况。在所有的模拟中，火焰面进展变量模型已采用各种假设的联合概率密度函数封闭。过滤的方法被证明是更准确的比平均的，即使是在这项工作中使用的粗网格。事实上，这两种方法在炉膛的第一部分都显示出不太准确的预测，但只有通过大涡模拟，才能恢复与沿气流方向的实验数据有关的进气道偏差。
2016-02-01 physics.flu-dyn
Flame-wall interaction of thermodiffusively unstable hydrogen/air flames -- Part I: Characterization of governing physical phenomena
本研究通过二维详细数值模拟调查了热扩散不稳定氢气/空气火焰的火焰-壁面相互作用，发现热扩散不稳定性导致猝灭距离缩短和壁面热流增加，并强调需在燃烧模型中纳入局部混合物变化。
2024-11-26 physics.flu-dyn
The Impacts of Three Flamelet Burning Regimes in Nonlinear Combustion Dynamics
采用延迟分离涡模拟（DDES）湍流模型和可压缩小火焰前进变量（CFPV）燃烧模型对液体火箭发动机进行了轴对称数值模拟。三种不同的压力不稳定域进行了模拟：完全不稳定，半稳定，完全稳定。通过改变炉膛和氧化剂柱的长度，发现了不同的不稳定区域。层流小火焰的解决方案与详细的化学机制进行了检查。混合分数采用$β$概率密度函数（PDF），压力和进度变量采用狄拉克$δ$ PDF。论证了不稳定循环中放热率与压力之间的耦合机理。局部熄灭和重燃的所有不稳定域使用全S曲线的方法进行了研究。当压力振荡幅值变小时，局部燃烧和再燃量单调减少。火焰指数用于区分预混和非预混燃烧模式在不同的稳定域。仅使用S曲线的稳定小火焰燃烧分支对不稳定压力振荡情况进行了额外的模拟。当使用全S曲线时，发现在压力振荡幅度方面与实验更好地一致。
2018-02-28 physics.flu-dyn
An extended SMLD approach for presumed probability density function in flamelet combustion model
本文对湍流燃烧的标准火焰面发展变量（FPV）方法进行了扩展，将统计最似然分布（SMLD）框架应用于混合分数Z和发展变量C的联合PDF。通过这种方式，人们不需要像以前的FPV模型所要求的那样，对Z和C之间的统计相关性以及混合分数的行为做出任何假设。事实上，对于最先进的模型，在非常快的化学反应的假设下，Z被广泛接受为由$β$分布函数表征的被动标量。相反，这里提出的模型，评估Z和C的最可能的联合分布，而不对它们的行为作任何假设，并提供了一个有效的工具来验证广泛使用的假设的充分性，如它们的统计独立性。该模型与三个著名的测试案例，即桑迪亚火焰进行验证。的结果进行了比较，通过标准FPV的方法，分析的PDF函数形式的湍流燃烧模拟的作用。
2013-06-20 physics.flu-dyn
Parametric study of upstream flame propagation in hydrogen-enriched premixed combustion: effects of swirl, geometry and premixedness
采用大涡模拟（LES）和增稠火焰（TF）模型研究了旋流、预混度和几何形状对富氢预混火焰的影响。通过改变旋流强度，研究了旋流对大气条件下预混燃烧室火焰特性的影响。此外，还改变了预混合度和几何形状的水平，以研究这些量对火焰行为的作用。采用TF模型对湍流场和化学反应进行耦合。在LES-TF方法中，火焰前锋通过人工加厚在计算网格上求解，并且使用Arkenius化学指定的反应速率直接求解单个物质传输方程。良好的协议时，发现与公布的实验数据，包括预测RMS波动的预测比较。此外，结果表明，较高的旋流强度和预混程度的增加，使系统更容易受到上游火焰运动，由于更高的可燃性的氢，这增加了沿火焰前锋的反应，从而提高了反应区的温度，并导致燃烧诱导的涡流破裂（CIVB）。此外，上游火焰运动总是观察到在较高的旋流强度，无论水平的预混和燃烧器的几何形状，而预混系统表现出稳定的行为，而在低旋流操作。
2021-02-03 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
Analysis of near wall flame and wall heat flux modeling in turbulent premixed combustion
UM-SJTU Joint Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学密西根学院）；State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University（浙江大学清洁能源利用国家重点实验室）
研究近壁火焰与壁面热流的物理机制，通过直接数值模拟分析两种火焰配置，提出预测壁面热流的模型，验证其在湍流燃烧中的适用性。
2025-10-30 physics.flu-dyn
Thermal inertia effect of reactive sources on one-dimensional discrete combustion wave propagation
本文通过引入颗粒热惯性扩展离散火焰模型，研究其对一维离散燃烧波传播速度、传播极限和近极限动力学的影响，并证明新旧模型在颗粒热惯性足够大时趋于一致，提出颗粒热惯性控制火焰可视为一种新的燃烧状态。
2022-10-26 physics.flu-dyn
Modelling the response of a turbulent jet flame to acoustic forcing in a linearized framework using an active flame approach
本研究进行了线性分析的湍流反应甲烷-空气射流火焰，预测的反应流上游声激励的响应的目标。考虑热释放波动是一个重要的组成部分时，调查热声不稳定性和火焰噪声的线性化框架。与以前的研究不同，这项工作开发并应用了一种主动火焰方法，这意味着考虑了由声学波动引起的火焰的热释放振荡。为了在线性框架中产生主动火焰方法，需要将燃烧模型线性化。结果表明，线性化的大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）燃烧模型会导致封闭问题，使他们的应用在线性化的框架麻烦。然而，雷诺平均Navier Stokes（RANS）燃烧模型，证明绕过这个问题，这使得他们适合用于此目的的候选人。RANS燃烧模型围绕湍流射流火焰的时间平均流进行线性化，该时间平均流由LES获得。一个先验分析表明，线性化的RANS涡破裂（EBU）模型是最适合所有研究的燃烧模型的调查设置和再现高精度的波动反应速率中获得的LES。此外，包括用于反应速率的线性化EBU模型的流的线性化控制方程针对传入的声学扰动被求解。响应模式表明，反应速率振荡是由Kelvin-Helmholtz涡环扰动射流火焰引起的。计算结果与大涡模拟结果在反应速率和速度脉动的模态振型方面吻合较好。
2022-12-01 physics.flu-dyn
Towards pore-scale simulation of combustion in porous media using a low-Mach hybrid lattice Boltzmann/finite difference solver
本文扩展了一种低马赫数混合格子玻尔兹曼/有限差分求解器，用于孔隙尺度下多孔介质中火焰传播与稳定的模拟，并通过通道基准、伪二维多孔燃烧器及随机三维多孔介质算例验证了其有效性。
2023-04-12 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
Multi-Scale Turbulence Injector: a new tool to generate intense homogeneous and isotropic turbulence for premixed combustion
实验研究了多尺度引射器产生的近均质、各向同性、高度湍流流。这种多尺度喷射器由三块空间移动的多孔板组成，其孔径和阻塞比随下游距离的增加而增加。将多尺度湍流注入器（以下简称MuSTI）与单尺度湍流注入器（MoSTI）进行比较，后者仅由MuSTI的最后一块板构成。该比较是针对冷流和反应流进行的。对于冷流，它表明，与经典的单尺度注入器相比，对于MuSTI注入器：（i）湍流动能大约是两倍大，并且动能供应分布在整个尺度范围内。这是强调二阶和三阶结构功能。(ii)增强了动量和能量的横向通量，（iii）较早地达到均匀性和各向同性（$\approx 50$ %），（iv）射流合并距离是湍流的相关缩放长度尺度，（v）在均匀和各向同性区域中实现了高湍流强度（$\approx 15$ %），尽管基于泰勒微尺度的雷诺数保持中等（$Re_λ\approx 80$）。第二部分采用激光层析成像技术研究了多尺度生成的湍流与预混火焰前锋之间的相互作用。在湍流的均匀和各向同性区域中，在加热棒上稳定了贫V形甲烷/空气火焰。主要的观察结果是，火焰刷的厚度的增加证明了，火焰刷是大大放大与多尺度产生的注射器。
2010-04-01 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 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
Effects of flame macrostructures on the combustion dynamics of novel counter-rotating radial swirl injector in a model can combustor
本研究探讨了新型反向旋转径向旋流喷嘴模型罐式燃烧室中火焰宏观结构对热声不稳定性的影响，通过改变扩张角并结合多种测量技术，发现较小扩张角会引发大振幅声学振荡，并利用Rayleigh指数定位了驱动和抑制不稳定性的区域。
2025-06-25 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
Numerical Investigation of Coaxial GCH4/LOx Combustion at Supercritical Pressures
本文的目的是数值研究同轴气态甲烷液氧在超临界压力下的燃烧现象。湍流模型、真实气体模型和化学动力学模型的选择是低温高压燃烧数值模拟的关键。在这种超临界工作压力下，理想气体定律对这种情况不再有效。因此，我们系统地进行了比较研究，以分析真实气体模型，湍流参数和化学动力学在这种条件下的重要性。实际气体模型与NIST数据库的比较表明，SRK（Soave Redlich Kwong状态方程（EoS））模型预测与数据库更好的一致性。计算结果还表明，在采用非预混稳态b-PDF小火焰模型模拟燃烧过程时，采用修正常数的标准k-ε湍流模型比其他基于RANS的湍流模型更能捕捉火焰形状和温度峰值位置。此外，比较两种不同的化学动力学模型的比较研究表明，减少琼斯Lindstedt机制可以准确地预测火焰特性与最少的计算成本。最后，研究了燃烧室压力和液氧入口温度对火焰特性的影响。火焰特性表现出对燃烧室压力的强烈敏感性，这是由于随着压力的增加，伪沸腾效应减弱。作为通过跨临界混合层的能量和质量传递的较低湍流速率的结果，火焰传播在升高的压力和温度下变得更窄，从而在跨临界条件下产生增加的火焰长度。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Influence of trapezoidal lobe strut on fuel mixing and combustion in supersonic combustion chamber
燃油喷射系统是超音速飞行器的主要部件。本文研究了同轴超声速气流中燃油射流通过梯形支板的喷射。应用数值方法对超声速流场中的三维梯形波瓣支杆进行了数值模拟。氢气从梯形支柱喷射器的端部喷射，以通过增强区域内的涡流来增强燃料混合和下游扩散。涡的功率随喷射器速度和自由流条件而变化。为了模拟我们的模型，RANS方程与SST湍流模型求解。研究了来流速度和燃料射流总压对燃料分布和混合的影响。结果表明，当矩形支柱被梯形支柱取代时，燃料混合提高了约18%。一项已取得的研究结果表明，梯形支杆式引射器的存在使涡流强度增大。
2021-05-22 physics.flu-dyn
An SMLD joint PDF model for turbulent non-premixed combustion using the flamelet progress-variable approach
本文提出了一种改进的火焰面/过程变量（FPV）模型，用于湍流燃烧的模拟。该模型采用统计最似然分布（SMLD）方法计算混合分数Z和过程参数Λ的联合概率密度函数（PDF）。建立了稳态FPV模型，假定Z和Λ的联合PDF的函数形状，以计算热动力学量的Favre平均值。混合物分数被广泛假设为一个被动标量的单峰行为建模的\b{eta}分布。此外，在Z和Λ统计独立的假设下，联合PDF与两个边缘PDF的乘积一致。在这项工作中，我们讨论这两个构成的假设。所提出的模型评估Z和Λ的最可能联合分布，放松了对其统计行为的一些关键假设。这为FPV方法提供了一个更通用的模型，并为验证广泛使用的假设的适当性提供了一个有效的工具。该模型与著名的测试用例，即，桑迪亚火焰的实验数据进行了验证。的结果也进行了比较，通过标准的FPV方法，分析的PDF函数形式的湍流燃烧模拟的作用。
2015-04-20 physics.flu-dyn
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
Component-Based Reduced-Order Modeling Framework for Rocket Combustion Dynamics in Multi-Injector Configurations
University of Kansas（堪萨斯大学）
本文提出基于组件的降阶建模框架，通过几何分解单域为多个代表性组件，实现高效准确的参数建模，降低ROM训练成本。
2026-04-16 physics.flu-dyn
Application of Pareto-efficient combustion modeling framework to large eddy simulations of turbulent reacting flows
在基于低维流形的燃烧模型（如火焰面模型）应用于反应性湍流的大涡模拟（LES）时，除湍流闭合模型和数值离散化引起的不确定性外，燃烧过程的模型简化是一个关键的不确定性来源。在没有参考结果的情况下，定量评估这种不确定性的能力是至关重要的实际燃烧设备的可靠性和预测性的模拟。在本研究中，帕累托有效燃烧（PEC）框架扩展到自适应LES燃烧模拟湍流火焰。PEC框架的关键组成部分是所谓的流形漂移项。它的扩展LES提出了这样的评估，通过检查一个特定的燃烧模型在描述一个数量的利益相对于底层流场表示的遵守。为了提高基于火焰的燃烧模型对CO排放的预测能力，本文采用PEC对有限速率化学（FRC）模型进行局部子模型分配，以增强火焰/过程变量（FPV）模型。为此，一系列的LES-PEC计算进行了试点部分预混二甲醚火焰（DME-D），使用FPV和FRC模型的组合。在PEC框架中利用漂移项来估计感兴趣的量的模型相关误差。事实证明，与单片FPV模拟相比，PEC方法能够显着改善CO排放的预测。通过在通过漂移项评估确定低阶模型不足的区域中使用FRC来丰富FPV模型，从而提高精度。
2017-12-04 physics.flu-dyn
Mixing and Combustion in a Laminar Shear Layer with Imposed Counterflow
三维层流结构与混合，化学反应，正应变，剪切应变定性代表湍流燃烧在小尺度上进行了分析。混合层在横向y和z方向上经受逆流。非反应性和反应性流量进行检查。减少三维边界层方程的一维类似的形式得到允许的热量和质量扩散的密度和属性的变化。在定常构型中，一组常微分方程控制三个速度分量以及标量场变量。建立了考虑剪切应变和法向应变的单个扩散火焰的小火焰模型。另一个模型的解决方案在类似的形式得到的配置与一个占主导地位的扩散火焰和一个较弱的富燃料预混火焰。速度和标量场的结果被发现的范围Damkohler数Da，正常的应变率由于逆流，流向速度比混合层，普朗特数，和马赫数。对于火焰面模型，一个保守的标量被铸造作为独立的变量，给出一个替代的描述结果。施加的正应变减小混合层厚度，并增加标量梯度和输运率。有迹象表明，在多分支火焰的情况下，部分预混火焰的扩散控制。通过在剪切层上施加法向应变可以显著地提高混合和燃烧速率。此外，施加的剪切应变，从而对逆流涡量可以是实质性的，表明需要的小火焰模型与剪切应变和法向应变。
2020-05-27 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
Enhancing deep learning of ammonia/natural gas combustion kinetics via physics-aware data augmentation and scale separation
Peking University（北京大学）；AI for Science Institute (AISI)（人工智能科学研究所）
本研究通过物理感知数据增强和尺度分离方法，提升深度学习在氨/天然气燃烧动力学中的应用，实现高保真模拟和20倍速度提升。
2025-09-25 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
Flame Dynamics of Air-Diluted Methanol spray Combustion in Confined Swirling Vitiated Hot Coflow
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本研究采用欧拉-拉格朗日方法与改进型FGM模型，探究不同旋流数对受限旋流热伴流中空气稀释甲醇喷雾燃烧火焰稳定性、lift-off高度及结构的影响，为低排放燃烧室设计提供依据。
2026-08-05 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
Flame interactions in a stratified swirl burner: flame stabilization, combustion instabilities and beating oscillations
本文采用实验和数值模拟相结合的方法研究了一种新型分层旋流燃烧器中先导火焰和主火焰之间的相互作用。实验是在大气条件下进行的。该系统配备了BASIS（北航轴向旋流器独立分层）燃烧器，燃料为预混甲烷-空气混合物。为了说明引燃火焰和主火焰之间的相互作用，研究了三种操作模式，其中燃烧器工作于：（i）仅引燃火焰，（ii）仅主火焰，以及（iii）分层火焰（具有引燃火焰和主火焰两者）。我们发现：（1）在引燃火焰模式中，当主级从关闭切换到供给纯空气流时，火焰从V形变为M形。发现由于主空气对甲烷引燃火焰的稀释，M形火焰中存在强烈的振荡。(2)在主火焰模式中，如果先导级被供应有空气，则主火焰从燃烧器升起。主回流区温度显著下降，非定常放热加剧。(3)在分层火焰模式中，独特的拍频振荡在压力谱中表现出双密集频率。这是在先导级和主级之间的当量比组合的窄窗口内观察到的。实验数据的详细分析表明，火焰动力学和热声耦合在这两个频率是类似的不稳定的先导火焰和附着的主火焰的情况下，分别。利用OpenFOAM进行了大涡模拟（LES），以了解不同运行模式下时均火焰形状的机理。最后，提出了一个简单的声学分析，以了解拍频振荡的声学模式的性质。
2021-03-01 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
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
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
Numerical investigation of high-pressure combustion in rocket engines using Flamelet/Progress-variable models
本文对推进系统中高压液氧/氢或液氧/烃燃烧进行了数值研究。目前的研究工作是由持续的兴趣，实现低成本，可靠的进入空间，最近，由新的兴趣，高超音速运输系统能够减少时间到目的地。此外，在高压下燃烧已被认为是实现更好的推进性能和更低的环境影响的关键问题，只要用碳氢化合物代替氢，就可以降低与地面操作相关的成本并增加灵活性。目前的工作提供了一种采用详细化学描述的高压湍流燃烧的数值模拟模型，该模型嵌入在具有低雷诺数k Ω湍流模型的RANS方程求解器中。用于研究这种燃烧现象的模型是结合雷诺平均纳维-斯托克斯方程求解器（RANS）的标准火焰前进变量（FPV）湍流燃烧模型的扩展。在FPV模型中，所有的热化学量通过演化混合物分数Z和进展变量C来评估。当湍流模型与FPV模型结合使用时，需要使用概率密度函数（PDF）来评估化学量的统计平均值。这种PDF的选择必须在计算成本和精度水平之间进行折衷。最先进的FPV模型是建立在假定Z和C的联合PDF的函数形状的基础上的，以评估热力学量的Favre平均值。这里提出的模型评估Z和C的最可能的联合分布，而不对它们的行为做任何假设。
2014-12-02 physics.flu-dyn
Cross-scale turbulent kinetic energy transfer in the presence of coherent structures in premixed swirl combustion
本文实验分析了在湍流预混旋流火焰和无反应旋流中，放热和拟序涡结构对层流火焰厚度$δ^0_\mathrm{L}$附近跨尺度动能传递的同时影响。高分辨率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三维速度场和估计的进展变量和密度场。然后使用物理空间分析对穿过$Δ= 1.5 δ^0_\mathrm{L}$的过滤器尺度的动能转移进行定量。相干流结构被识别使用的旋流强度和适当的正交分解被用来识别占主导地位的周期性流动结构。虽然非反应区域的流量显示平均向下的能量传递（前向散射），平均后向散射观察到内部的火焰。重要的是，在火焰中的后向散射幅度增加的区域进行火焰/涡流相互作用。也就是说，在火焰和大规模相干涡流内的同时位置处的平均后向散射幅度高于火焰中的区域而不是涡流中的区域，平均后向散射幅度随着旋流强度而增加。这种增加的后向散射可能是由于火焰/涡流相互作用位置的局部较高的热释放速率。总体而言，结果表明，动能后向散射的重要性，在尺度周围的火焰厚度和后向散射和局部火焰/流动结构之间的复杂关系，这些结果应考虑在火焰中的湍流建模时。
2022-06-03 physics.flu-dyn
HiPrFlame-An ab initio based real-fluid modeling approach for high-pressure combustion-I. Rationale, methodology, and application to laminar premixed flames
针对高压燃烧中真实流体效应预测精度不足的问题，提出基于从头算的HiPrFlame框架，整合三阶维里状态方程与Enskog理论，结合神经网络代理模型，在氢燃烧案例中显著优于传统方法。
2025-09-08 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
Flame Modelling of Premixed Ammonia Combustion in Swirl Burner using LES
本文利用大涡模拟研究旋流燃烧器中预混NH3/H2/空气燃烧，考察混合比、点火条件和流动动力学对火焰特性的影响，并给出兼顾热效率与NOx排放控制的最佳运行条件。
2024-08-10 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Insight into the combustion dynamics of ITA-driven swirl flames
本文研究了模型燃烧室中ITA驱动的燃烧不稳定性，发现甲烷及甲烷-氢气混合物的不稳定频率随空气流率线性增加，并开发低阶网络模型结合时空流动分析揭示了涡脱落与声学振荡的耦合机制。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Analysis of flame acceleration induced by wall friction in open tubes
对开口管/通道中由于壁面摩擦引起的火焰自发加速引发爆炸进行了分析和计算研究。它首先证明了加速的影响时，整个火焰的热膨胀超过一个临界值取决于燃烧配置。针对两端开口圆柱管内轴对称火焰传播问题，提出了准等压极限下火焰初始（指数）加速阶段的理论，并通过对流体动力学和Arrhenius反应燃烧过程的数值模拟得到了验证。的火焰形状，速度和加速度速率，以及速度分布的火焰前面和后面的动态，已被确定。
2012-10-30 physics.flu-dyn
Multi-droplet combustion in the presence of homogeneous and heterogeneous atomizations
实验研究均质与非均质雾化对多液滴燃烧的影响，发现均质雾化导致火焰化学发光振荡更强、传播速率更高（10-40 mm2/s），且不受氧化石墨烯掺杂影响。
2024-03-14 physics.flu-dyn
