Hydrodynamic theory of premixed flames under Darcy's law: Interfacial conditions and effects of nonunity Lewis number and heat loss
University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文通过大活化能渐近分析和多尺度方法，推导了达西定律下预混火焰的界面跳跃条件，揭示了非单位刘易斯数和热损失对燃烧速率的影响，得到了包含三个马科斯坦数的色散关系。
2026-06-26 physics.flu-dyn
Effective Lewis number and burning speed for flames propagating in small-scale spatio-temporal periodic flows
本文利用大活化能渐近法和均匀化理论，研究了小尺度时空周期流中预混火焰的传播，推导出有效Lewis数和燃烧速度的标度律，并揭示了流动诱导扩散对熄火极限及湍流点火的影响机制。
2024-06-27 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 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
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
Direct numerical simulation of NOx formation in turbulent lean premixed hydrogen-air flames under engine-relevant conditions
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本研究采用DNS，探究发动机相关条件下湍流稀薄预混氢-空气火焰的NOx生成，明确湍流强度等因素的竞争效应，提出预测NOx增强的概念模型，强调湍流-化学相互作用的关键作用。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Stability of diffusion flames under shear flow: Taylor dispersion and the formation of flame streets
本文揭示Taylor弥散与扩散–热不稳定性的耦合机制，解释高Lewis数燃料在超临界Peclet数剪切流中形成扩散火焰街的现象，并通过线性稳定性分析与数值模拟刻画胞状结构及长波失稳导致的熄火。
2024-06-27 physics.flu-dyn
The Influence of Spatial Discreteness on the Thermo-Diffusive Instability of Flame Propagation with Infinite Lewis Number
本文研究了具有无穷大Lewis数和空间离散热源的系统中火焰传播的动力学，它适用于燃料颗粒在空气中的悬浮燃烧。该系统进行了数值分析，使用一个一维的热方程与源项的反应进展变量，这是指定为具有零扩散系数，和该模型揭示了光谱的火焰传播制度。对于开关型反应速率和均匀介质（连续制度）的情况下，火焰传播稳定的速度与解析解。由于源在空间上集中成δ函数类源，传播接近离散状态，在源的点燃之间具有固定的周期，对此也可获得解析解进行验证。当源项是由阿耳忒弥斯率和激活能增加超出稳定边界，火焰开始表现出长波长（4-5倍的热火焰厚度）的热扩散不稳定性的振荡特性，在良好的协议与以前的稳定性分析。当引入空间离散性时，观察到热扩散不稳定性的长周期振荡和与集中源的快速热释放相关的脉动之间的竞争。有趣的是，空间离散的存在下，能够激发更高的模式（倍周期和混乱的解决方案）的热扩散不稳定性，这表明离散的引入可能有一个影响定性类似于增加活化能。然后讨论了模型参数与实验系统的相关性。
2016-06-13 nlin.CD 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
On disintegration of lean hydrogen flames in narrow gaps
针对Hele-Shaw盒间隙中近极限火焰裂解的研究热点，将裂解产生的小火焰解释为体积热损失稳定的Zeldovich火焰球，通过将二维复杂自由边界问题简化为一维模型，得到自漂移小火焰存在的参数轨迹。
2024-03-12 physics.flu-dyn
Effect of fuel stratification length scale on thermodiffusively unstable lean hydrogen flames
University of Pisa（比萨大学）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本研究通过直接数值模拟发现，燃料分层长度尺度通过几何机制调控热扩散不稳定贫燃氢火焰的结构与传播速度，为部分预混氢燃烧器设计提供关键依据。
2026-09-28 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
Three-dimensional diffusive-thermal instability of flames propagating in a plane Poiseuille flow
本文通过线性稳定性分析和数值模拟，研究了平面泊肃叶流中火焰的三维扩散-热不稳定性，揭示了刘易斯数、达姆科勒数和佩克莱数对胞状与振荡不稳定性及火焰对称性的影响规律。
2024-07-07 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
Vortex Stretching of Non-premixed, Diluted Hydrogen/Oxygen Flamelets
本研究建立考虑涡拉伸的单位Lewis数三维氢氧稀释扩散小火焰模型，发现环境涡量与应变率是小火焰的核心控制参数，可通过湍流级联理论关联宏观流场，为湍流燃烧建模提供新的参数化思路。
2024-10-06 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
Rayleigh-Taylor unstable flames at higher Reynolds number
瑞利-泰勒（RT）不稳定火焰是Ia型和Iax型超新星爆炸的关键组成部分，但其复杂的流体动力学仍然没有得到很好的理解。这些火焰不仅受到RT不稳定性的影响，而且还受到它产生的湍流的影响。这两个过程都可以通过拉伸和扭曲火焰来增加火焰速度。这使得它很难选择一个亚网格模型的火焰速度在全明星类型Ia或Iax模拟。通常使用的亚网格模型通过假设RT不稳定性或湍流占主导地位并设置火焰速度来解决这个困难。在以前的工作中，我们通过分析RT不稳定火焰的3D直接数值模拟的大参数研究来评估这两种类型的模型的物理假设和预测能力。令人惊讶的是，我们发现，火焰动力学是由RT不稳定性和RT不稳定火焰是非常不同的湍流火焰。特别是，RT不稳定的火焰是薄的，而不是厚的湍流是强。此外，没有一个湍流火焰速度模型充分预测火焰速度。我们还表明，RT火焰速度模型失败时，RT不稳定性很强，这表明几何燃烧效应也影响火焰速度。然而，这些结果依赖于$Re\lesssim720$的模拟。在本文中，我们将参数研究扩展到更高的雷诺数，并表明我们以前的研究的基本结论仍然成立时，RT产生的湍流更强。
2019-09-04 astro-ph.HE astro-ph.SR 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
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
DNS Study of the Global Heat Release Rate During Early Flame Kernel Development under Engine Conditions
尽管早期火焰核心发展对于减少点燃式发动机中的循环间变化具有很高的技术相关性，但仍然需要对支配缸内现象有更好的基本理解，以便能够实现弹性早期火焰增长。为了隔离小尺度和大尺度湍流运动对年轻火焰核的影响，设计了一个三维DNS数据库，以代表发动机部分负荷条件。分析的重点是火焰位移速度和火焰面积，以研究火焰结构和火焰几何形状对全局燃烧速率演变的影响。结果表明，尽管Karlovitz数高达13，这是在传统的发动机操作的上限范围，增厚的平均火焰结构的小规模湍流混合没有观察到。在点火效应衰减后，火焰法向位移速度恢复了所考虑的单位路易斯数条件下层流未拉伸预混火焰的行为。运行到运行的变化，在全球热释放速率被证明是主要由火焰核区动态。火焰面积平衡方程的分析表明，湍流引起随机火焰核面积的增长，通过影响曲率的演变，而不是通过诱导应变的总火焰面积生产的变化。此外，它示出，在一个充分发展的平面火焰与调查火焰内核类似的表面积的局部段，在火焰面积的变化率的时间变化发生。与早期火焰内核相比，这些效果可以完全归因于负弯曲火焰区域中的曲率变化。
2019-12-08 physics.flu-dyn
Thermal-diffusive instabilities in unstretched, planar diffusion flames
本文利用新型燃烧器实验研究无拉伸平面扩散火焰的热扩散不稳定性，在贫燃熄火极限附近识别出胞状与脉动不稳定性，发现胞元尺寸标度律与理论吻合，并建立了脉动频率的经验关联式。
2025-04-07 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
Validation of a Reynolds-averaged numerical simulation environment to simulate high-pressure, auto-igniting hydrogen diffusion flames
本文验证了基于RANS的CFD环境（含两种涡粘模型和RSM）模拟高压自燃氢射流的能力，通过对比非反应射流混合与密闭容器自燃实验数据，表明各模型在扩散燃烧阶段均具足够精度，且RSM预测最佳。
2025-09-23 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
The Role of Differential Diffusion during Early Flame Kernel Development under Engine Conditions -- Part I: Analysis of the Heat-Release-Rate Response
虽然火花点火（SI）发动机中早期火焰核心发展和循环间变化（CCV）之间的相关性的实验证据很久以前就提供了，但仍然缺乏对早期火焰/湍流相互作用的基本理解，并且不存在用于完整发动机模拟的精确模型。由于火焰核心以小尺寸即大的正曲率开始，所以预计差分扩散会严重改变通常用于发动机中的非单位路易斯数（${\mathrm{Le}\neq1}$）混合物中的早期火焰生长。在这项工作中，DNS数据库的发展异辛烷/空气火焰内核和平面火焰已经建立了代表化学计量发动机部分负荷运行的火焰条件。差分扩散对全球热释放率的影响进行了分析，目前的研究结果，相当于火焰计算在${\mathrm{Le}=1}$限制。结果表明，在早期的内核发展阶段，正常的传播速度显着降低，对火焰内核的全球燃烧速率的不利后果。除了对总质量燃烧速率的这种影响外，火焰面积平衡方程中的法向传播项所产生的火焰表面积的初始产生也明显减少。通过使用最佳估计的概念，它示出了强烈的波动，局部热释放率固有的${\mathrm{Le}\neq1}$火焰在薄的反应区制度主要包含在参数的局部当量比，焓，和H-自由基的质量分数。微分扩散将这些参数的演变与不稳定火焰的几何形状和结构联系起来，这在本研究的第二部分中进行了分析（Falkenstein等人，燃烧。Flame，2019）.
2020-05-26 physics.flu-dyn
Dynamic stabilization of a hydrogen premixed flame in a narrow channel
本文通过多缝配置中的几何改变和动态周期性应变/速度场数值模拟，研究窄通道中氢气预混火焰的动态稳定机制，以应对高火焰速度和路易斯数效应带来的回火挑战。
2023-10-15 physics.flu-dyn
FGM modeling considering preferential diffusion, flame stretch, and non-adiabatic effects for hydrogen-air premixed flame wall flashback
提出显式考虑优先扩散、火焰拉伸和非绝热效应的扩展FGM方法，通过氢-空气火焰回火二维和三维数值模拟验证，显著提升了火焰结构、回火速度及物理量分布的预测精度。
2024-06-14 physics.flu-dyn
Anchoring of Turbulent Premixed Hydrogen/Air Flames at Externally Heated Walls
本文对湍流火焰前缘锚定在外加热壁面上的现象进行了实验和数值研究。该现象是检查贫氢/空气混合物在一种新型的燃烧器设计，它包括一个圆柱形燃烧室收敛到一个玻璃管，以及在其交叉点的壁加热组件。透明部分允许光学OH* 化学发光测量作为数值验证的基础。为了进行全面的数值评估，在一维火焰研究中对热损失对不同氢/空气化学反应机理的影响进行了综述。随后的数值研究的重点是应用的涡耗散概念（EDC）作为一个连续性的化学相互作用模型在壁锚定湍流火焰的境界。所有模拟均基于纳维-斯托克斯方程的雷诺时均公式，并具有轴对称区域。讨论了不同的双方程湍流模型和EDC模型常数的影响。由于壁面热传递是点火以及火焰前锋的淬火，一个特别的重点放在解决近壁处理的边界层。模拟和实验之间的定性比较进行多个操作条件。这些被选择来显示当量比、体积雷诺数和未燃烧混合物温度的影响。虽然基于RANS的湍流模型的选择有明显的影响，EDC建模系数表现出更显着的火焰形状和长度的影响。只有正确的扩散处理对反应贫氢/空气混合物的影响超过了它。为了尽可能准确地描述这种行为，使用Maxwell-Stefan方程进行全多组分扩散处理。
2020-03-24 physics.flu-dyn
Turbulent Flame Speed Scaling for Expanding Flames with Markstein Diffusion Considerations
在这项工作中，我们澄清的作用Markstein扩散湍流火焰速度和它的缩放，从分析和实验测量近各向同性湍流中传播的恒压膨胀火焰。对于所有的C 0-C4烃-空气混合物在这项工作中，最近发表的C8数据从利兹，归一化的湍流火焰速度数据的个别混合物大致遵循最近的理论和实验$Re_{T,f}^{0.5} $缩放，其中的平均半径是长度尺度和热扩散率的传输属性。我们观察到，对于一个常数$Re_{T,f} $，归一化的湍流火焰速度随Markstein数的增加而减小。这可以用Markstein扩散系数作为大波数火焰表面波动耗散机制来解释。正如理论最初所建议的那样，在上述湍流雷诺数定义中用Markstein扩散率代替热扩散率，可以通过新的$Re_{T,M}^{0.5} $来缩放当前和Leeds数据集，而不管所考虑的燃料、当量比、压力和大范围Damköhler数上正Mk火焰的湍流强度。
2013-09-03 physics.flu-dyn
Numerical simulation of Delft-jet-in-hot-coflow (DJHC) flames using the Eddy Dissipation Concept model for turbulence-chemistry interaction
在本文中，我们报告的数值研究结果的湍流天然气燃烧射流在一个同向流的稀薄燃烧产物的Delft-Jet-in-Hot-Plutlow（DJHC）燃烧器，模拟温和（中度和强烈的低氧稀释）燃烧行为。重点是评估的涡耗散概念（EDC）模型的性能，结合两方程湍流模型和化学动力学计划约20种（Correa机制和DRM 19机制）通过比较预测与实验测量。我们研究了两种不同的火焰条件对应于两个不同的氧水平（7.6%和10.9%的质量）在热的同向流，并为两个射流雷诺数（Re=4100和Re=8800）。不同湍流模型预测的平均速度和湍流动能与实测数据吻合较好，模型预测值之间没有明显差异。Realizable k-e模型在雾沫夹带的预测中表现出较好的性能。EDC燃烧模型预测过早点火导致径向平均温度分布在太低的轴向距离处的峰值。然而，该模型正确地预测了实验观察到的上升高度随射流雷诺数的下降趋势。详细分析了EDC模型的平均反应速率，并确定了低湍流雷诺数效应是模型预测与实验之间偏差的可能原因。采用修正的EDC模型常数可以避免过早着火的预测。结果是弱敏感的层流粘性和层流扩散通量的子模型。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Curvature effects in turbulent premixed flames of H$_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
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
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
Performance of Flamelet Models with Epsilon Tracking for Diffusion Flame Simulations
University of California, Irvine（加州大学欧文分校）
本文研究了传统火焰let进展变量模型在扩散火焰模拟中的物理一致性，并提出一种基于湍流动能耗散率ε的压缩性火焰let方法，通过分析湍流混合层中的耦合关系，改进了火焰let模型的物理一致性。
2025-12-20 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
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
Vortex Interaction in Triple Flickering Buoyant Diffusion Flames
本文通过计算复现三重闪烁浮力扩散火焰的四种动力学模式，并从涡量重联与涡致流动角度解释了同相、死亡、旋转和部分同相模式的形成机制。
2022-01-05 physics.flu-dyn
Comprehensive linear stability analysis for intrinsic instabilities in premixed ammonia/hydrogen/air flames
本文通过二维直接数值模拟系统研究了氨/氢/空气预混火焰的固有不稳定性，发现热扩散不稳定性随氢比例和压力呈非单调变化，并揭示了NH3加入改变HO2反应路径的化学机制。
2024-10-15 physics.flu-dyn
Vortex-dynamical Interpretation of Anti-phase and In-phase Flickering of Dual Buoyant Diffusion Flames
对双浮力扩散火焰的反相和同相闪烁模式进行了数值研究和理论分析。受单个浮力扩散火焰的闪烁机理--环形涡的形成和演化导致火焰表面的变形、拉伸甚至夹断--的启发，我们试图从涡动力学的角度理解双浮力扩散火焰的反相和同相闪烁。两种火焰的内侧剪切层之间的相互作用被确定为负责不同的闪烁模式。具体而言，反相和同相闪烁模式之间的过渡可以预测由一个统一的制度诺模图的归一化闪烁频率与特征雷诺数，这占了两个内侧剪切层之间的涡量扩散的粘性效应。从物理上讲，双火焰系统中旋涡结构从对称（同相）到交错（反相）的转变可以解释为类似于钝体尾流中引起流动转变并形成卡门涡街的机理。
2019-03-22 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
Effect of a shear flow on the Darrieus-Landau instability in a Hele-Shaw channel
本研究针对窄Hele-Shaw通道内的预混火焰，结合多种不稳定性机制，分析了剪切流引发的各向异性Taylor弥散对不同传播方向火焰稳定性的影响，揭示了无重力下弯曲火焰的涡量产生机制。
2024-08-15 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
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
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
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
An Experimental and Computational Study of a Swirl-Stabilized Premixed Flame
利用粒子图像测速技术（PIV）和大涡模拟（LES），结合增稠火焰（TF）模型，对不同雷诺数下的无约束强旋流流动进行了研究。反应和非反应流的结果。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。当与实验数据进行比较时，发现很好的协议。此外，预测的RMS波动表现出一个双峰的轮廓与一个峰在燃烧和其他在未燃烧的区域。测量和预测的热释放分布是在定性的协议彼此，并表现出沿剪切层的内边缘的最高值。旋进涡核（PVC）是清楚地观察到在两个非反应和反应的情况下。然而，它似乎更轴向伸长的反应情况下，在PVC中的振荡与反应阻尼。
2021-03-04 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
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
Modeling of Reaction Dynamics in a Turbulent Hydrogen-Air Slot Flame Using Resolvent Analysis
Institute of Fluid Dynamics and Technical Acoustics (ISTA), TU Berlin（柏林工业大学流体动力学与技术声学研究所）；Chair and Institute for Technical Combustion, RWTH Aachen（亚琛工业大学技术燃烧学讲座与研究所）
本文通过残差分析研究了Re=5500、Karlovitz数为20、等价比为0.4的氢气-空气缝隙火焰动力学，发现Kelvin-Helmholtz波包主导了300-1000Hz范围内的流动动力学，并通过改进的活性火焰闭合模型提升了与SPOD模式的一致性。
2026-03-29 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
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
Global linear stability analysis of a flame anchored to a cylinder
本文研究了固定在方柱体上的层流预混火焰的线性稳定性。许多现代线性分析的概念已被开发和验证周围的非反应钝体尾流，本文的目的是探讨这些工具是否可以应用于相同的成功，在类似的配置反应流的研究。结果发现，线性稳定反应流状态的不稳定性分析准确地预测临界流动参数的极限环振荡的发病时，相比，直接数值模拟进行了一个简单的一步反应计划在低马赫数限制。此外，线性分析预测了一个强大的稳定效果的火焰点燃，与文献记载的实验和数值模拟。点燃尾流的不稳定性，但是，发现设置在足够高的雷诺数，和线性造波机分析的特点是这种不稳定性的驱动由一个类似的性质，在非反应尾流的水动力机制。非线性极限环火焰振荡的频率在这个不稳定的制度准确地检索线性特征模分析进行的时间平均的平均流量，条件下，反应流方程的全套线性化。相反，如果从线性模型中排除密度和反应速率的不稳定性，则失去了线性和非线性动力学之间的一致性。
2022-11-10 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
Direct numerical simulation of thermo-diffusively unstable premixed hydrogen-air flames in a fully-developed turbulent channel flow at $Re_τ=530$
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）
研究在完全发展湍流通道流中通过DNS分析热扩散不稳定性对预混氢气-空气火焰传播的影响，揭示TD现象与壁湍流的协同作用对火焰速度的增强机制。
2025-11-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
