Thermoacoustic Instability Suppression and Heat-Release Forcing of a Laminar Flame Using Ionic Wind
本文提出一种利用亚击穿电场和电液动力学效应的新型执行器，通过电控稳定点实现层流火焰热释放的双向强迫，并结合反馈控制器在60毫秒内将热声不稳定声压级降低27分贝，仅需40毫瓦功率稳定3.4千瓦火焰，为燃烧主动控制提供了低成本、高可靠性的方案。
2023-08-31 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
Thermodiffusively unstable laminar hydrogen flame in a sufficiently large 3D computational domain -- Part I: Characteristic patterns
本研究针对热扩散不稳定的贫燃预混氢火焰，在大尺寸三维域开展直接数值模拟，对比二维模拟量化了域尺寸、维度对火焰特性的影响，揭示了三维胞状结构的形成破坏机制及曲率统计差异的作用。
2023-12-19 physics.flu-dyn
Numerical determination of iron dust laminar flame speeds with the counterflow twin-flame technique
针对铁粉尘对冲火焰，本文建立低马赫数两相完全耦合模型并比较三种颗粒应变处理，揭示优先扩散与惯性效应对当量比的影响，进而提出层流火焰速度的实验测定建议。
2023-12-08 physics.flu-dyn
Eigenvalue-based Linear Stability Analysis of Intrinsic Instabilities in Laminar Flames
TU Berlin（柏林工业大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文提出一种基于广义特征值问题的线性稳定性分析框架，通过直接求解一维基火焰的线性化控制方程，高效预测层流火焰内在不稳定性增长率和空间结构，显著降低计算成本。
2026-03-30 physics.flu-dyn
Experimental n-Hexane-Air Expanding Spherical Flames
通过实验和数值模拟研究了初始压力和温度对正己烷-空气混合物层流燃烧速度的影响。本文采用球形膨胀火焰技术和非线性外推法测量了大气压和亚大气压下的层流燃烧速度，测量温度范围为296 ~ 422 K。结果表明，层流燃烧速度随压力的降低和温度的升高而增大。从文献中采取的三个反应模型的预测进行了比较，从本研究的实验结果和以前的数据为正己烷-空气混合物。通过对模型性能的定量分析，发现JetSurF模型是预测正己烷-空气混合物层流火焰特性的最佳模型。
2018-10-23 physics.flu-dyn
The Effect of Noise on the Propagating Speed of Pre-mixed Laminar Flame Fronts
研究了热噪声对平面火焰传播速度的影响。我们表明，这出平衡大大放大了热噪声的影响，产生宏观上的火焰速度比无噪声模型预测的减少。计算表明，噪音会显著减慢火焰的速度。火焰模型采用纳维-斯托克斯方程，并加入适当的扩散输运项和氢/氧化学动力学机制。热噪声建模的连续性框架内使用的随机偏微分方程系统，从波动的流体动力学和反应噪声的泊松模型的传输噪声。我们使用一个完整的化学动力学模型，以获得定量有意义的结果。我们使用算子分裂有限体积法计算稳态和动态火焰。新的特征边界条件避免了计算边界处的非物理边界层。新的限制器防止随机项引入非物理负浓度。这表示具有热噪声的模型的第一次计算是具有这种物理细节程度的系统。
2016-10-24 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
Influence of preferential diffusion on the distribution of species in lean H2-air laminar premixed flames at different equivalence ratios
本研究通过二维模拟分析不同当量比贫燃H₂-空气层流预混火焰中优先扩散对组分分布的影响，揭示了当量比、曲率与组分偏差的关联规律。
2024-05-20 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
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
Physics-guided laminar flame speed correlation for methane-hydrogen-air mixtures with varying dilution
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文提出一种基于物理的层流火焰速度关联方法，用于预测不同稀释条件下甲烷-氢气混合物的燃烧特性，结合核心动能、等价比和质量流率混合定律，实现高精度且物理一致的预测。
2026-03-27 physics.flu-dyn
Computational Identification and Stuart-Landau Modeling of Collective Dynamical Behaviors of Octuple Laminar Diffusion Flame Oscillators
本研究通过计算识别八重层流扩散火焰振荡器的五种集体动力学模式，并利用Stuart-Landau模型结合时滞耦合重现其行为，揭示了分岔转变条件。
2024-08-07 physics.flu-dyn
Image Convolution-Based Method and Statistical Modelling for Experimental Height Estimations of Laminar to Transition-to-Turbulent Regime Diffusion Flames
本文提出了一种实验方法来测量火焰的高度，使用卷积图像处理和统计分析。实验装置采用具有四个圆形布置的喷嘴的燃烧器。采用六种不同的体积燃料流量，并从三个不同的可视化平面，利用三个高清晰度相机阵列，热成像相机和图像处理算法捕获火焰图像。使用像素量化和通过参考长度的转换来间接测量火焰高度。虽然燃料流量是最重要的因素，可视化平面和图像源也被发现是特别相关的，因为某些火焰特征只能根据方法感知。将测量结果与不同的现有理论相关性进行比较，得出的总体调整范围为3.25至3.97厘米。本方法产生的总体统计公差为1.27厘米和0.599厘米的扩展不确定度。此外，热成像显示了2.54 cm的整体发光可观察火焰的一致差异。对于这种特殊的燃烧器配置，通过统计建模得到相关性，其解释了火焰高度波动，平均设置为97.23%。
2020-09-07 physics.flu-dyn
Effect of hydrogen addition on the consumption speed of lean premixed laminar methane flames exposed to combined strain and heat loss
本研究通过数值模拟分析掺氢对受应变与热损失共同作用的稀燃预混甲烷层流火焰消耗速度的影响，对比两种消耗速度定义，揭示掺氢、当量比与热扩散特性对火焰响应的作用规律。
2022-11-28 physics.flu-dyn
Numerical Study of the Mixing Process of Unconfined Diffusion Flame in a Laminar to Transition-to-Turbulent Regime in a Four-Port Array Burner
对液化石油气与空气在扩散火焰中的多股射流混合过程进行了数值分析。案例研究考虑了四端口阵列燃烧器，其中燃料由四个外围喷嘴喷射并与周围空气混合。数值模拟采用雷诺平均Navier-Stokes方法，湍流效应采用可实现的k-ε模型。此外，采用涡耗散模型计算了湍流化学反应速率的影响。结果表明，本质混合机制发生在燃料射流相互作用的火焰锥内。然而，混合过程由射流阻力驱动，允许空气/燃料平稳混合物在两个区域达到可燃性极限：一个在较低位置或靠近燃烧器表面，第二个在火焰前缘发展之前。整个混合机制随着火焰颈缩锥的发展而达到顶点。落入锥形半径的任何空气浓度将被夹带，从而有助于整个火焰结构。由于锥形半径范围仅受射流阵列的径向距离和喷嘴距离的限制，因此火焰高度仅取决于燃料质量流量。
2020-08-31 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
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
Bayesian inference of physics-based models of acoustically-forced laminar premixed conical flames
本文通过贝叶斯推断将高速火焰图像同化到仅含七个参数的物理模型中，实现对声学受迫层流预混本生火焰的定量准确降阶建模，并用于热释放率评估、外推预测及火焰传递函数不确定性量化。
2024-07-04 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
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
Effect of a magnetostatic field on laminar premixed hydrogen-air flames
Imperial College London（帝国理工学院）；The Edinburgh University（爱丁堡大学）
通过直接数值模拟研究磁场对预混氢-空气火焰的影响，发现磁场梯度可降低火焰消耗速度，主要归因于火焰面积减小，且低压下效果显著，高压下可忽略。
2026-06-08 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
Kinetic Similarity between Extinction Strain Rate and Laminar Flame Speed
熄火应变率（ESR）和层流火焰速度（LFS）是燃料/空气混合物的基本特性，通常用作湍流燃烧中的标度参数。虽然LFS在大气压和升高的压力进行了广泛的研究，实验测量的ESR与逆流预混火焰是非常有限的火焰不稳定性往往发生在灭绝，特别是在高压。由于ESR测量的稀缺性，大多数燃烧动力学模型主要针对LFS进行验证和优化。然而，这是值得怀疑的控制反应是否是相同的ESR和LFS，这些模型也是有效的预测ESR。本文通过分析ESR和LFS的动力学灵敏度方向，量化了它们之间的动力学相似性。该方向由ESR或LFS对每个元素反应的速率常数的归一化灵敏度组成的单位向量表示。因此，两个方向之间的相似性由对应的单位向量的内积来测量。ESR和LFS的灵敏度方向被发现平行的各种燃料，当量比，和压力。此外，在不同的应变率的灵敏度方向也相似的最高温度，在火焰坐标中的各个位置的局部温度，和ESR在逆流预混火焰。这些研究结果表明，LFS和ESR是同样有效的约束和优化动力学模型中的速率常数的目标。此外，应变率的敏感性方向的独立性也使我们能够执行不确定性量化湍流火焰与应变率的基础上的ESR和LFS的动力学灵敏度的宽范围。
2020-01-15 physics.comp-ph 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
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
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
Uncovering flame physics with machine learning: application to the reaction rate in hydrogen flames
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；Brussels Institute for Thermal-Fluid Systems and Clean Energy (BRITE), VUB-ULB（布鲁塞尔热流体系统与清洁能源研究所（BRITE），布鲁塞尔自由大学-布鲁塞尔大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
利用CNN分析氢气火焰中进程变量场与化学源项的关系，发现基于水的进程变量可稳健参数化源项，并识别出所需空间尺度，揭示机器学习可发现经典统计隐藏的物理依赖。
2026-09-29 physics.flu-dyn
The Interaction of High-Speed Turbulence with Flames: Global Properties and Internal Flame Structure
我们研究了湍流火焰的动力学和性质，在亚音速，高速，均匀，各向同性Kolmogorov型湍流的存在下形成的无约束系统。直接数值模拟进行雅典娜RFX，大规模并行，完全可压缩，高阶，尺寸不分裂，反应流代码。简化的反应扩散模型代表化学计量的H2-空气混合物。被建模的系统表示湍流燃烧，达姆科勒数Da = 0.05，并且在能量注入尺度下的湍流速度比层流火焰速度大30倍。模拟结果表明，火焰与高速湍流的相互作用形成了稳定传播的湍流火焰，火焰刷宽度约为能量注入规模的两倍，速度为层流火焰速度的四倍。本文描述了一种重建火焰内部结构的方法，并用来表明湍流火焰由紧密折叠的火焰团组成。这些的反应区结构实际上与平面层流火焰的反应区结构相同，而预热区被加宽了大约两倍。因此，该系统的演变代表湍流燃烧在薄反应区制度。湍流级联未能穿透内部火焰结构，因此小尺度湍流的作用在大部分火焰中被抑制。最后，我们的研究结果表明，化学计量的H2-空气混合物，任何实质性的火焰加宽的湍流的行动，不能预期在所有亚音速制度。
2011-06-19 astro-ph.HE 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
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
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
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
The Interaction of High-Speed Turbulence with Flames: Turbulent Flame Speed
本文采用直接数值模拟的方法，研究了无约束系统中预混火焰与驱动的、亚音速的、均匀的、各向同性的Kolmogorov型湍流的相互作用，研究了在薄反应区区域中决定湍流火焰速度S_T的机理。高强度湍流被认为是与r.m.s.速度为层流火焰速度S_L的35倍，导致达姆科勒数Da = 0.05。在这里，我们表明：（1）火焰刷具有复杂的内部结构，其中较高燃料质量分数的等值面在逐渐减小的尺度上折叠。(2)湍流火焰的整体特性最好由峰值反应速率区域的结构来表示，该区域限定了火焰表面。(3)在薄反应区区域，S_T主要由湍流引起的火焰表面积A_T的增加决定。(4)所观察到的S_T相对于S_L的增加超过A_T相对于平面层流火焰表面积的相应增加，平均为~ 14%，变化范围从几个百分点到~ 30%。(5)这种夸张的反应是湍流导致火焰紧密堆积的结果，湍流导致频繁的火焰碰撞和形成高火焰曲率区域或“尖点”。“（6）尖端的局部火焰速度大大超过其层流值，这导致尖端对S_T的贡献与其中的火焰表面积相比不成比例地大。(7)一个标准的过渡到政权的尖点形成的显着影响。特别是当Karlovitz数Ka > 20时，火焰碰撞是控制S_T的一个重要机制，此外，大尺度运动和小尺度湍流对扩散输运的潜在增强也是增加A_T的重要机制。
2011-06-19 astro-ph.HE physics.flu-dyn
Analytical study in the mechanism of flame movement in horizontal tubes
本文重新讨论了水平宽管内预混火焰的传播问题。采用任意气体膨胀火焰的在壳描述，导出了稳定火焰前沿位置的非线性二阶微分方程。这个方程的解决方案，得到数值，揭示了两个不同的物理制度的层流火焰传播控制的强斜压效应。它们的不同之处在于前部形状和火焰速度，两种状态下的总消耗率之比为1.4至1.8，这取决于气体膨胀系数的值。与现有的甲烷-空气火焰的实验数据进行了比较，并给出了所观察到的火焰行为的主要趋势的解释。它示出，特别是，更快（更慢）的燃烧制度是在接近（远离）化学计量组成的混合物中实现的，在两者之间有明显的转换。
2011-09-02 physics.flu-dyn
Differential diffusion effects and super-adiabatic local temperature in lean hydrogen-air turbulent flames
本文通过三维直接数值模拟研究贫燃氢气-空气湍流火焰，发现即使在高Karlovitz数下差异扩散仍显著影响火焰结构与燃烧速度，而超绝热温度减弱源于湍流混合增强而非差异扩散效应弱化。
2025-04-08 physics.flu-dyn
A thick reaction zone model for premixed flames in two-dimensional channels
本文通过渐近分析研究二维通道中预混火焰厚反应区与流动的直接相互作用，建立层流模型并给出有效燃烧速度公式，揭示 Taylor 弥散导致的 1/Le 依赖关系及热损失修正。
2024-06-27 physics.flu-dyn
Synchronized Front Propagation and Delayed Flame Quenching in Strain G-equation and Time-Periodic Cellular Flows
G-方程是水平集类型的Hamilton-Jacobi偏微分方程，其模拟火焰前缘沿着流速和层流速度的传播。考虑到火焰拉伸，应变速率可以加入层流速度中。我们进行有限差分计算的G-方程的离散应变项是单调的单边空间导数。假设流动速度是时间周期性的细胞流（模拟瑞利-贝纳德平流），我们计算湍流火焰速度作为从平面初始火焰前锋的渐近传播速度。在应变G方程模型中，胞状流动增强了火焰传播，当流动强度足够大时，火焰发生淬熄。与稳态胞状流中的结果不同，时间周期胞状流中的波前传播可能被锁定在一定的时空周期模式中，湍流火焰速度成为流动强度的分段常数函数。扰动火焰前缘在流动强度增大之前不会停止传播。
2021-12-08 cs.NA math.NA 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
Turbulent flame speed of thermodiffusively unstable flames: experimental investigation and scaling
本文通过本生火焰实验研究热扩散不稳定与湍流的相互作用对火焰传播的增强效应，提出基于Karlovitz数和Lewis数的参数化标度律，成功拟合不同湍流水平下的实验结果并捕捉过渡Lewis数处的急剧转变。
2023-11-29 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
Diffusion-flame flickering as a hydrodynamic global mode
本研究采用线性整体稳定性分析，探讨浮力引起的闪烁轴对称层流射流扩散火焰作为一个流体动力学的全球模式。浮力与密度差引起的化学热释放的不稳定性驱动相互作用中描述的反应物的路易斯数为单位的无限快的反应极限。分析确定的临界条件，在发病的线性全球不稳定性，以及斯特劳哈尔数的相关振荡的控制参数的问题。边缘不稳定边界描绘在弗劳德数/雷诺数平面不同的燃料喷射稀释。与时间相关的轴对称射流火焰的直接数值模拟，也与局部时空稳定性分析的结果进行了比较的全球稳定性分析的结果。
2019-12-08 physics.flu-dyn
Influence of gas compression on flame acceleration in the early stage of burning in tubes
本文用Clanet和Searby [Combust. Flame 105：225（1996）]，并由Bychkov等人[Combust. Flame 150：263（2007）]在不可压缩流的极限中。现在，我们已经分析，实验和计算研究的手指火焰加速快速燃烧火焰时，气体的可压缩性承担了重要的角色。具体地说，我们首先发展了一个理论，通过小马赫数扩展到一阶项，表明气体压缩降低了加速率和最大火焰尖端速度，从而缓和手指火焰加速显着。这是对以往理论分析的一个重要的定量修正。我们还进行了实验的氢-氧混合物与相当大的初始值的马赫数，显示手指火焰的加速率比以前得到的碳氢化合物火焰的加速率小得多。此外，我们进行了数值模拟的初始层流火焰速度范围很广，结果证实了实验。结果表明，该理论是在良好的定量协议与数值模拟小气体压缩（小初始火焰速度）。与以往的研究结果类似，数值模拟表明，指状火焰加速之后是“郁金香”火焰的形成，这表明早期加速过程的终止。
2012-10-04 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
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
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
Turbulent flame speed and reaction layer thickening in premixed jet flames at constant Karlovitz and increasing Reynolds numbers
采用直接数值模拟（DNS）方法，研究了当Karlovitz数和Kolmogorov尺度保持不变时，湍流积分尺度$l$的系统性增加对甲烷/空气贫燃火焰湍流速度的增强和反应层结构的影响。四个湍流狭缝射流火焰模拟在增加雷诺数和高达$Re \approx 22000$，定义的基础上的体积速度，狭缝宽度，和反应物的属性。湍流火焰速度$S_T$在选定的流向位置进行局部评估，并观察到随着雷诺数的增加，每个火焰的流向方向和整个火焰的流向方向都增加，与湍流积分尺度的相应增加一致。特别地，湍流火焰速度$S_T$随着$l$的积分标度指数地增加到大约6个层流火焰厚度，而对于较大的$l$值，标度变成幂律。这些趋势不能完全归因于火焰表面的增加，因为湍流火焰速度失去其比例的火焰面积的整体规模的增加，特别是，它被发现，湍流火焰速度面积的比例达到幂律缩放$l^{0.2}$。这是由反应层的整体加宽引起的，以增加积分尺度，这与反应速率的相应降低无关，导致整体燃烧速率的净增强。这一观察结果是重要的，因为它表明，湍流的最大尺度的尺寸的连续增加可能是火焰内层逐渐强烈变化的原因，即使最小尺度，即，Karlovitz数保持不变。
2020-08-16 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
Contributions of flame thickening and local extinctions to burning rate of intensely turbulent premixed flames
采用平面激光诱导甲醛和羟基自由基的荧光光谱和粒子图像测速技术研究了反应区增厚和局部湍流对极端湍流富氢甲烷-空气火焰燃烧速率的影响。Karlovitz数高达76检查。结果表明，通过增加湍流强度，预热区和反应区厚度可以增加到分别为6.3和4.9的相应层流火焰的值。扩大这些区域的强烈湍流富氢甲烷-空气火焰的实验是第一次。反应区的扩大表明，用于发展燃速公式的小火焰假设可能不成立。因此，一个新的配方，它不利用小火焰假设，开发和用于计算测试火焰的燃烧速率。结果表明，在小湍流强度，燃烧速率值遵循的本地消耗速度，这是在文献中开发的火焰面假设的基础上。然而，在大的湍流强度，估计的燃烧速率的特点大的值，该参数的局部消耗速度的比率是一致的，在文献中报道的全球和局部消耗速度的比率。结果表明，归一化的燃烧速率与归一化的局部消耗速度的比值与反应区的加宽相关，表明燃烧速率和局部消耗速度的值之间的差异与反应区增厚有关。结果表明，虽然火焰增厚提高了燃烧速率，但局部反射降低了该参数，导致文献中报道的弯曲行为。
2020-11-28 physics.flu-dyn
Towards the Distributed Burning Regime in Turbulent Premixed Flames
本文采用三维数值模拟方法，对典型的平面湍流火焰进行了数值模拟，试图在贫甲烷和氢火焰中产生分布燃烧。在整个火焰中的扩散意味着需要非常大的Karlovitz数;即使在研究的湍流的极端水平（高达8767的Karlovitz数），分布燃烧也仅在氢的情况下实现。在这种情况下，发现湍流在视觉上将反应区加宽了大约一个数量级，并且没有观察到热扩散效应（通常存在于贫氢火焰中）。在预热区中，物种的组合物有很大的不同，从那些一维火焰的基础上的一些不同的传输模型（混合平均，单位路易斯数，和湍流涡粘度模型）。这种行为是湍流主导非统一路易斯数物种运输的一个特征，而这种明显的限制又归因于膨胀及其对湍流的影响。峰值局部反应速率被发现是较低的分布的情况下比在较低的Karlovitz的情况下，但高于层流火焰，这是由于从修改后的燃料温度分布，结果从湍流混合占主导地位的低路易斯数热扩散效应所产生的影响。最后，在可实现的条件下实现分布式燃烧的方法进行了讨论;增加实现分布式燃烧的可能性的因素是较高的压力，较低的当量比，较高的路易斯数，和较低的反应物温度。
2019-04-12 physics.flu-dyn
Cavity-Stabilized Rotating Flames in a Circular Hele-Shaw Burner
SKLTCS, CAPT, School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（北京大学力学与工程科学学院）
研究通过实验观察了在圆形海勒-沙瓦燃烧器中稳定的旋转火焰，揭示了低流速下火焰自组织现象及燃烧模式转变机制，为微通道燃烧器设计提供理论支持。
2026-07-07 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
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
