Pressure gain combustion for gas turbines: Analysis of a fully coupled engine model
本研究利用全耦合计算模型分析了SEC驱动燃气轮机，解决了分层充气、压力波动隔离及效率验证等挑战，发现其效率增益最高达30%，接近理论Humphrey循环效率。
2024-04-22 physics.flu-dyn
Inlet temperature driven supercritical bifurcation of combustion instabilities in a lean premixed prevaporized combustor
本文报道了由空气入口温度（Ta）触发的燃烧不稳定性的超临界分叉的实验观察和分析。这些研究是在高温下运行的加压煤油燃料贫油预混预蒸发（LPP）燃烧室中进行的。与以前的一些研究不同，从系统的不稳定状态开始，当Ta超过临界值Ta =570 K时，燃烧不稳定性的幅度突然减小。当温度降低时，系统返回到不稳定状态，而没有任何滞后行为，正如在超临界分叉的情况下所预期的那样。不稳定火焰具有周期性的轴向升离和重燃运动，其特征为Helmholtz模式。发现化学发光信号和压力信号之间的相位差随着Ta而增加，对于高于570 K的温度超过90度（异相）。低阶网络框架进行，说明当Ta增加时，该模式的稳定性转移的预测在Ta附近570 K，与实验观察结果吻合良好。Ta对喷雾特性的影响也进行了研究，发现较高的Ta促进燃料蒸发，减少旋流器出口处的当量比波动。
2021-03-01 physics.flu-dyn
Impact of Fuel Injection Temperature Dynamics on the Stability of Liquid Oxygen-Methane Supercritical Combustion
本研究通过高保真大涡模拟，探究燃料喷射温度对液氧-甲烷超临界燃烧稳定性的影响，发现低于特定温度时出现自维持不稳定，并揭示其机制为速度比降低、燃料积聚和中断。
2025-04-23 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
Combustion Instability of a Multi-injector Rocket Engine Using the Flamelet Progress Variable Model
采用小火焰发展变量（FPV）模型对多喷嘴火箭发动机的燃烧不稳定性进行了计算研究。基于OpenFOAM4.0开发了一个C++代码来应用燃烧模型。在背景压力为$200$ bar的条件下，采用12组分化学反应机理生成了甲烷/氧气燃烧的小火焰表。确定幂律以重新调整进度变量的反应速率，从而解决压力效应。燃烧也模拟的一步动力学（OSK）方法与FPV方法进行比较。燃烧不稳定性的研究表明，$1500$ Hz的纵向模式和$2500$ Hz的切向驻波是两种方法的主导。虽然两种方法的纵向模式的振幅几乎保持相同，但切向驻波在FPV模拟中实现了更大的振幅。本文还对由炉膛模态振荡驱动的喷油器谐振作了初步研究。
2021-09-01 physics.flu-dyn
Performance Evaluation of RANS-Based Turbulence Models in Predicting Turbulent Non-Premixed Swirling Combustion within a Realistic Can Combustor
Sant Longowal Institute of Engineering and Technology (SLIET)（桑蒂高瓦尔工程技术学院）；Indian Institute of Technology Roorkee（鲁尔凯印度理工学院）
本文通过计算流体动力学分析，评估了不同湍流模型对燃烧室中流动、热场和组分场的影响，发现SST $k-ω$模型在预测轴向速度、横向速度、湍动能和剪切应力以及温度和组分浓度方面表现更优，且能更准确地预测燃烧室中的回流区和旋涡核心。
2026-05-19 physics.flu-dyn
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
Principal Component Analysis and K-Means Clustering of Fuel-Air Mixing in Gas Turbine Combustors
针对航空发动机燃烧室燃料-空气混合的时空变化问题，提出基于主成分分析（PCA）和K均值聚类的统计方法，通过大型涡流模拟（LES）数据后处理实现混合特征的低维表示与区域离散，助力燃烧室设计优化。
2025-02-11 physics.flu-dyn
Numerical study of nitrogen oxides chemistry during plasma assisted combustion in a sequential combustor
本研究通过大涡模拟和等离子体动力学模型，揭示纳秒重复脉冲放电辅助顺序燃烧器中原子氮生成促进NO形成，并强调限制氮气解离以减排NOx。
2023-06-27 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Zero-dimensional Analysis of Thermal Choking in Arbitrary Duct with Application to Dual-mode Ramjet Combustor
本文提出一种广义Rayleigh流动分析方法，综合考虑体积加热、变截面、壁面热损失及摩擦等效应，用于检测双模态冲压燃烧室中的热壅塞位置，为燃烧室初步设计提供快速准确的工具。
2024-07-23 physics.flu-dyn
Characterization of the reactive flow field dynamics in a gas turbine injector using high frequency PIV
本文详细分析了一个实验性旋流稳定燃烧器的空气动力学特性，该燃烧器是燃气轮机燃烧室的代表。该分析是在反应情况下使用高频PIV（HFPIV）测量进行的。虽然这种信息通常是在一个相当低的速度，时间分辨PIV测量是必要的，以更好地了解高度湍流旋流，这是不稳定的性质。由于最近的技术改进，一个工作在12 kHz的PIV系统已经开发出来，研究这个实验燃烧室流场。首先获得燃烧器的统计量并进行分析，检查测量质量，然后对速度场进行时间分析，表明炉膛内周期性地出现大的相干结构。这些结构的频率是非常接近的四分之一波模式的燃烧室，给出了一个可能的解释燃烧不稳定性耦合。
2008-07-11 physics.flu-dyn
Simulation and analysis of turbulent flame and its effect on the wall of aero engine combustor
本文通过Ansys-Fluent对ALLISON-T56涡桨发动机燃烧室湍流火焰进行数值模拟，分析火焰结构、热力学参数及壁面热弹性行为，并与文献结果对比验证。
2025-07-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Physics-Aware Neural Network Flame Closure for Combustion Instability Modeling in a Single-Injector Engine
在单喷嘴液体火箭发动机大涡模拟中，采用神经网络作为亚网格火焰模型，以取代传统的查表法。NN训练过程提出了一个非凡的挑战。多维燃烧不稳定性问题涉及多尺度长度和非线性声学的非定常流问题中的特征时间，解决瞬态和动态平衡行为，叠加在具有非常窄的移动火焰区域的湍流反应流上。训练数据点之间的精确插值变得至关重要。建议的神经网络的一个主要的新颖的方面是，他们被训练来再现存储在一个小火焰表中的信息的相关部分，仅使用有限的数据从几个CFD模拟的单喷射器液体推进剂火箭发动机在不同的动态配置。这是通过用从燃烧模型的物理特性产生的人为数据丰富训练集，并且还通过包括火焰温度作为被训练以对其他感兴趣的火焰变量进行建模的NN的额外输入来实现的。这些物理感知的NN为基础的封闭模型首先进行离线测试，将它们直接与小火焰表进行比较，然后成功地实施到CFD模拟的小火焰表的地方，并验证各种动态配置。这些测试的结果与基于表格的CFD模拟结果相比，毫不逊色。该方法的计算优势进行了讨论。
2022-01-08 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
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
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
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
Spectral effects of radiating gases on the ignition in a multiswirl staged model combustor using full-spectrum k distribution method -- A Large Eddy Simulation Investigation
本文利用FSK、WSGG光谱模型结合DTF与LES方法，研究燃气轮机点火过程中辐射气体光谱效应对火焰结构、传播速度及点火延迟的影响，发现不同阶段影响差异显著，建议采用高保真光谱模型。
2025-06-06 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
Effect of particle-momentum on an isothermal flow-field inside a swirl combustor
Indian Institute of Technology (ISM) Dhanbad（印度理工学院（ISMD）丹巴德）
本文通过CFD模拟研究颗粒动量对旋流燃烧室中等温流场的影响，发现颗粒运动导致中心回流区向下游移动，可能影响煤粉反应器中煤火焰的稳定性。
2026-01-05 physics.flu-dyn
Neural Network Flame Closure for a Turbulent Combustor with Unsteady Pressure
在单喷嘴液体火箭发动机大涡模拟中，采用神经网络模型代替小火焰表进行亚网格建模。在最精确的情况下，通过将NN输出值与表中的相应值进行比较，为每个火焰变量设计并测试单独的NN。气体常数、内火焰能量和火焰热容比的估算误差分别为0.0506%、0.0852%和0.0778%。火焰温度、导热系数和热容比系数的估算误差分别为0.63%、0.68%和0.86%。进度变量反应速率的估计误差也为3.59%。根据表中所有点的均方误差计算误差。开发的NN在CFD模拟中成功实施，完全取代了火焰面表。通过与基于表格的计算流体动力学结果的比较，验证了基于神经网络的计算流体动力学方法的有效性。
2020-11-30 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
CFD-CAA simulation of flow acoustic coupling in a half-dump combustor
本文报道了用计算气动声学模拟方法研究甲烷空气非预混半突扩燃烧室在不同流动雷诺数下的燃烧不稳定性。为了模拟湍流条件下的流动物理过程，采用了分离涡模拟和广义涡耗散模型相结合的方法，声场计算采用了基于Lighthills声学类比的CAA公式。据观察，非定常压力信号主要来自管道的自然声学模式或倾倒平面下游的旋涡脱落过程中的局部流动波动，在低Re下在不同的空间位置产生不同的主频率，在高Re下产生单一的主锁定频率。无量纲数（Helmholtz数和Strouhal数）被用来表征管道声学模式的旋涡脱落模式。在反应流条件下，监测非稳态热释放和压力振荡，以计算瑞利指数，以验证在不同的频率水平上的不稳定性是驱动还是阻尼。此外，预测的Helmholtz和Strouhal数被发现是在很好的协议与实验数据在公开文献中提供了广泛的Re。
2021-02-24 physics.flu-dyn
Machine Learning based Ensemble Flame Regime Classification for Mesoscale Combustors based on Insights from Linear and Nonlinear Dynamic Analysis
Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Science（印度科学学院机械工程系）
本研究通过机器学习集成方法，利用动态和统计分析对mesoscale燃烧器中的火焰状态进行分类，结合化学发光和声压信号分析，揭示火焰状态的动态特征。
2026-02-23 nlin.CD physics.flu-dyn
Flame dynamics during intermittency and secondary bifurcation to longitudinal thermoacoustic instability in a swirl-stabilized annular combustor
在一个实验室尺度的湍流环形燃烧室的16个旋流稳定燃烧器的实验研究中，我们研究了火焰和火焰声相互作用在不同的动态状态下与燃烧室的纵向模式。我们同时测量声压和CH* 化学发光发射的火焰使用高速摄像机。当当量比增加时，燃烧室经历了如下的转变过程：燃烧噪声（CN）通过二次分叉状态（INT）转变为低幅纵向热声不稳定性（TAI），以及从低幅纵向热声不稳定性（TAI）通过二次分叉转变为高幅纵向热声不稳定性。我们报告的第一个证据的二次分叉从低振幅TAI到高振幅TAI的湍流热声系统，这使我们能够测试在两个不同的扰动幅度在自然环境中的火焰响应。我们发现一个显着的差异，在火焰的相互作用的动力学周期性的一部分，低和高振幅TAI。具体而言，在周期性的部分，从各种燃烧器测量的局部热释放率（HRR）之间的相位差显示出显着的相位滑移的时间。在低幅值TAI期间，燃烧器的HRR响应之间存在较少的相位滑移，这导致火焰之间的弱同步状态。在高振幅TAI期间，我们发现火焰彼此之间以及与压力波动完全同步。然后，我们量化不同的火焰之间的时间和空间同步的程度，火焰和压力波动使用仓本序参量和锁相值。我们表明，同步理论可以方便地用来表征和量化火焰声相互作用的环形燃烧室。
2020-05-18 physics.flu-dyn
Neural Differential Equations for Inverse Modeling in Model Combustors
监测燃烧室的动力学过程是安全和有效运行的关键。然而，在实践中，由于可测量的量、可视化窗口和时间分辨率的限制，只能获得有限的数据。这项工作提出了一种基于神经微分方程的方法来近似未知量从可用的稀疏测量。该方法通过使用神经网络模型表示动态信号来解决逆建模中的非线性和维数灾难的挑战。此外，我们用神经微分方程增强了燃烧的物理模型，以便从稀疏测量中学习。通过模拟工业燃烧室的振荡过程，验证了模型燃烧室系统的逆建模方法。给定燃烧器内部的温度的稀疏测量，可以推断出组成和/或流速的上游波动。将上游的各种波动以及燃烧室的响应综合起来，对算法进行训练和验证。结果表明，该方法可以有效地和准确地推断未知的入口边界条件的动态，即使没有假设的波动类型。这些示范将打开了很多机会，利用神经微分方程的故障诊断和基于模型的动态控制的工业电力系统。
2021-07-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stabilization Analysis and Mode Recognition of Kerosene Supersonic Combustion: A Deep Learning Approach Based on Res-CNN-beta-VAE
City University of Hong Kong（香港城市大学）；State Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室）
针对超燃冲压发动机燃烧室稳定模式识别的挑战，提出结合Res-CNN-beta-VAE降维与K-means聚类的深度学习框架，实现燃烧状态过渡观测与稳定机制分析，为超声速燃烧研究提供新方法。
2025-03-17 cs.LG physics.flu-dyn
Numerical investigation of azimuthal thermoacoustic instability in a gas turbine model combustor
本文用 LES、DMD 与低阶声学网络研究无旋环形燃烧室的自激旋转周向热声不稳定性，验证热释放脉动并识别稳压室纵向-周向混合主导模态。
2022-09-29 physics.flu-dyn
Analytical solutions for the acoustic field in thin annular combustion chambers with linear gradients of cross-sectional area and mean temperature
环形燃烧室热声不稳定性的预测是必要的，但困难。流动和热力参数的轴向变化增加了数值模拟的成本，并限制了解析解的应用。本文旨在寻求具有轴向不均匀截面积和平均温度线性梯度的环形管道中声场的近似解析解。这些解可应用于低阶声学网络模型，增强解析方法求解实际环形腔热声不稳定性问题的能力。本文用改进的WKB方法求解声场的波动方程，得到了一个应用范围广的解析解。方程的推导需要作低马赫数、高频率和小非均匀性等假设。只要沿整个燃烧室满足假设条件，横截面面积和平均温度分布任意的情况下，可以用分段方法求解。
2022-11-24 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
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
Liquid-fueled Oblique Detonation Stabilized by a Transverse Jet
Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过数值模拟研究横向液体正庚烷射流在受限模型燃烧室中引发和稳定斜爆震波的作用，发现射流与来流动量比J是关键控制参数，并揭示了动态稳定工作窗口。
2026-05-27 physics.flu-dyn
Low-Order Modeling and High-Fidelity Simulations for the Prediction of Combustion Instabilities in Liquid Rocket Engines and Gas Turbines
燃烧不稳定性是液体火箭发动机（LRE）和燃气轮机设计中的主要问题。在这个博士工作期间，探索了几个方向，以了解和减轻其影响。首先，更有效和强大的数值方法，他们在复杂的燃烧室预测设计。在这件事上，一种新型的模态扩展，命名为帧扩展和可比的经典伽辽金展开，被引入到建立更准确的声学低阶模型（LOM），能够占工业燃烧室的全部几何复杂性。特别是，框架扩展能够准确地表示非刚性壁边界附近的声速场，这是Galerkin方法所缺乏的关键能力。然后，设计了一整套基于框架展开的新型数值方法，并将其与状态空间形式主义相结合，构建了复杂系统的声学网络。热声不稳定性预测的第二个组成部分是火焰动力学建模。这项工作处理这个问题，在低温同轴射流火焰特性的液体火箭发动机的特定情况下。火焰动力学驱动现象被确定感谢三维大涡模拟（LES）的马斯科特实验测试装置，其中两种反应物（CH 4和O 2）在跨临界条件下注入。为了评估火焰对声振荡的响应并计算火焰传递函数（FTF），进行了几个具有不同频率和振幅的燃料流入谐波调制的LES。该火焰的稳定性在近喷射器区域，这是最重要的整体火焰动力学，也进行了研究，由于多物理场二维直接数值模拟（DNS），共轭传热问题在喷射器唇解决。
2021-03-01 cs.CE physics.flu-dyn
Large-Eddy Simulation and Performance Analysis of a Continuous-Turbine-Burner Stage
University of California, Irvine（加州大学欧文分校）
本文通过LES模拟研究了涡轮级中燃料注入和燃烧对气动热力学性能的影响，发现燃料注入和燃烧对总压力损失影响较小，但提升了涡轮级单位质量功和热效率，为未来涡轮燃烧器设计提供理论指导。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Impact of precessing vortex core dynamics on the thermoacoustic instabilities in a swirl stabilized combustor
旋流中的全局不稳定性可以显著地改变旋流稳定火焰的火焰和流动动力学，例如现代发电燃气轮机发动机中的火焰和流动动力学。在这项研究中，我们的特征旋进涡核（PVC），这是一个全球性的流体动力学不稳定性的后果，和热声不稳定性，这是燃烧室声学和不稳定的燃烧热释放率之间的共振耦合的结果之间的相互作用。使用从模型燃气轮机燃烧室系统获得的实验数据进行该表征，该燃烧室系统采用两个同心的空气旋流喷嘴，由一圈喷油器隔开，在5巴压力下操作。系统地改变两股流之间的分流，以观察流动结构变化对流动和火焰动力学的影响。高速sPIV，OH-PLIF和丙酮PLIF分别用于获得有关速度场，火焰和燃料流动行为的信息。谱POD和空间频率分析用于识别和表征驱动系统的主导振荡机制。三个主要模式被认为是：两个热声模式和旋进涡核。我们的研究结果表明，在PVC的频率重叠的热声模式的情况下，热声模式被抑制。弱非线性渐近分析表明，轴对称剪切层脱落的抑制，因此热声模式，是PVC和旋转射流的轴对称模式之间的非线性耦合的结果。演化方程的对称和PVC模式推导出驱动这种抑制的控制参数。最后，我们讨论的方式，热声不稳定性抑制可以通过燃烧室流场设计实现。
2020-11-30 physics.data-an 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
Characterization and diagnostics of combustion thermoacoustic instabilities using nonlinear dynamics and topological methods
稀薄预混燃气轮机燃烧室热声不稳定性的发生是导致发动机和排放性能下降以及部件寿命缩短的关键问题。本研究的主要目的是提出一种方法的基础上的概念，非线性动力学和几何拓扑不变量，为表征的吸引子相关的测量的基础上的火焰自发发光，如OH* 自由基，以分类不同阶段的燃烧过程，并更好地认识到过渡机制导致的热声不稳定性。初步结果清楚地表明了该方法的强大性，以显示火焰的动态演化并证明热声不稳定性的开始：特别是拓扑不变指数（亏格和相关量）似乎是动力学转变早期指标的最佳候选者，其特征是更持久的低熵环面的开始（准周期运动），作为相关的热声吸引子。
2003-06-30 physics.data-an physics.flu-dyn
Data-assisted combustion simulations with dynamic submodel assignment using random forests
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
在这项调查中，我们概述了一个数据辅助的方法，采用随机森林分类器的局部和动态燃烧子模型分配在燃烧模拟。该方法应用于单元素GOX/GCH 4火箭燃烧室的模拟;先验和后验评估进行（i）评估的准确性和可调性的分类器为目标的不同的感兴趣的数量（QoIs），和（ii）评估改进，从数据辅助燃烧模型分配，在模拟运行时预测目标QoIs。从先验研究的结果表明，随机森林，训练与本地流特性作为输入变量和燃烧模型误差作为训练标签，分配三种不同的燃烧模型-有限速率化学（FRC），小火焰进程变量（FPV）模型，和惰性混合（IM）-具有合理的分类性能，即使在针对多个QoS。在后验研究中的应用表明，改进的预测数据辅助模拟，在温度和CO质量分数相比，单片FPV计算。这些结果表明，这种数据驱动的框架持有承诺的动态燃烧子模型分配反应流模拟。
2021-01-17 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Vortical interactions in turbulent thermoacoustic systems
本研究利用加权有向涡网络识别湍流燃烧室内的涡社群，揭示热声不稳定性中涡相互作用峰值相对涡脱落约52度的相位滞后，并指出空气微射流破坏最大社群间相互作用可最有效抑制不稳定性。
2025-09-01 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
Real-fluid simulation of ammonia cavitation in a heavy-duty fuel injector
本文采用CONVERGE中的可压缩两相多组分RFM真实流体模型，结合Carnot热力学库模拟重型喷油器内氨燃料空化，揭示空化泡主要由氨蒸气构成。
2024-04-03 physics.flu-dyn
Emerging Trends in Numerical Simulations of Combustion Systems
数值模拟在现代燃烧系统的设计中起着至关重要的作用。在过去的二十年里，研究的重点一直是大涡模拟（LES）方法的发展，它利用计算能力的巨大增长，显着提高预测精度。即使随着超级计算能力的预期增加，LES在设计中的使用也受到其高计算成本的限制。此外，为了帮助决策，这种LES计算必须被增强，以估计模拟组件中的潜在不确定性。与此同时，制造或使用燃烧设备的行业正在发生其他变化。虽然效率和减排仍然是主要的设计目标，但通过优化维护和维修来降低运营成本正在成为企业的重要组成部分。燃烧室的数字化有助于后一种探索，这允许通过一系列设备收集和存储来自传感器主机的操作数据。此外，包括存在于燃烧系统上的低功率硬件在内的若干级计算变得可用。如果有合适的数值工具，这样大的数据集为设计和维护创造了独特的机会。由于LES通过利用超级计算彻底改变了计算引导的设计，因此需要新一代的数值方法来利用大量的数据和计算硬件的不同性质。在这篇文章中，审查新兴的计算方法，这种异构的数据驱动的环境。一个案例是，新的，但非常规的机会，基于物理的燃烧建模存在于这个领域。
2018-08-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Coupled thermoacoustic interactions in hydrogen enriched lean combustion
本研究提出基于扩展本征正交分解的框架，研究富氢天然气旋流燃烧室中周期1、周期2热声不稳定性的多场耦合特性，揭示了不同振荡状态下的空间结构关联与锁频规律。
2023-05-05 physics.flu-dyn
Low Mach number lattice Boltzmann model for turbulent combustion: flow in confined geometries
在早期的工作中开发的低马赫数热可压缩流的混合格子Boltzmann/有限差分求解器扩展到更现实和具有挑战性的配置，涉及湍流和复杂的几何形状在本文中。与以前的贡献相比，这里的主要新颖之处是应用了一个更强大的碰撞算子，大大扩展了原来的单弛豫时间模型的稳定性，并有利于更大的雷诺数流动模拟。此外，还增加了一个亚网格模型和加厚火焰的方法，允许有效的大涡模拟的湍流反应流在复杂的几何形状。这个强大的求解器，结合适当的处理边界条件，是用来模拟燃烧在两种配置：火焰前在2-D炉膛与几个障碍物的传播，和3-D PRECINSTA旋流燃烧器。与文献中的直接数值模拟和大涡模拟结果相比，二维结构中火焰表面的时间演化显示出非常好的一致性。在冷态流动条件下，采用两种不同的网格分辨率对PRECINSTA燃烧器进行了模拟。与实验数据的比较显示，即使在较低的分辨率非常好的协议。然后使用该模型，与2步化学和多组分运输/热力学，模拟燃烧室在类似于以前报道的实验/数值研究$ϕ$ =0.83的操作条件。结果与现有的大涡模拟结果以及实验数据相比，再次非常好的协议，证明了优异的性能的混合求解器。
2022-07-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Hybrid RANS-LES simulation of transverse fuel injection in a Mach-10 scramjet engine
本研究通过混合RANS-LES模型和有限速率化学方法，分析Mach-10 scramjet发动机中横向燃料喷射的燃烧过程，揭示了多种燃烧模式及自燃机制，为未来高超音速推进系统提供理论支持。
2025-11-22 physics.flu-dyn
Flame-wall interaction of thermodiffusively unstable hydrogen/air flames -- Part II: Parametric variations of equivalence ratio, temperature, and pressure
本研究通过详细数值模拟，分析了当量比、温度和压力变化对热扩散不稳定的氢气/空气火焰迎面猝熄过程的影响，发现热扩散不稳定性会显著增加平均壁面热流并减少猝熄距离。
2024-11-27 physics.flu-dyn
Mitigation of limit cycle oscillations in a turbulent thermoacoustic system via delayed acoustic self-feedback
本文提出通过延迟声学自反馈抑制钝体稳定湍流燃烧室中的极限环振荡，实验表明耦合管长度为基频声学模态波长3/8时实现振幅死亡，并揭示了同步性破坏与正反馈回路中断的抑制机制。
2023-04-11 nlin.AO physics.flu-dyn
Forecasting Thermoacoustic Instabilities in Liquid Propellant Rocket Engines Using Multimodal Bayesian Deep Learning
University of Cambridge（剑桥大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心（DLR））
德国航天中心空间推进研究所运营的100兆瓦低温液氧/氢多喷射器燃烧室BKD是一个研究平台，可用于研究实际条件下的热声不稳定性，代表小型末级火箭发动机。我们使用的数据从BKD实验活动中的静态腔室压力和燃料-氧化剂比是不同的，这样的第一切向模式的燃烧室在某些条件下被激发。我们训练自回归贝叶斯神经网络模型来预测动态压力时间序列的幅度，输入多个传感器测量值（注射器压力/温度测量值、静态腔室压力、高频动态压力测量值、高频OH* 化学发光测量值）和未来的流速控制信号。我们算法的贝叶斯性质允许我们处理一个数据集，其大小受到每次实验运行费用的限制，而不会进行过度自信的外推。我们发现，该网络能够准确地预测压力振幅的演变，并提前500毫秒在看不见的实验运行中预测不稳定事件。我们使用不同的传感器输入组合来比较多个模型的预测准确性。我们发现，高频动态压力信号是特别有用的。我们还使用集成梯度的技术来解释不同的传感器输入对模型预测的影响。测试数据集中的数据点的负对数似然表明，预测的不确定性是很好的特点，我们的贝叶斯模型和模拟传感器故障事件的结果，如预期的那样，在不确定性的认知分量急剧增加。
2021-08-01 cs.CE cs.LG physics.flu-dyn
Critical region in the spatiotemporal dynamics of a turbulent thermoacoustic system and smart passive control
提出了一种抑制钝体稳定预混湍流燃烧室热声不稳定性的被动控制策略。当当量比变化时，燃烧室中存在从燃烧噪声到热声不稳定性的过渡。我们同时进行声压，2D-PIV，和CH $^*$化学发光测量捕获的压力波动，速度场，和热释放率（HRR）场在过渡期间。我们测量的湍流速度的振幅在声频，时间平均涡度，时间平均HRR和瑞利指数的空间分布，并确定各种区域的意义。我们实施了一种被动控制策略，针对这些地区的稳定注射的二次微射流的空气，以优化注射位置，并确定关键区域。以二次空气为目标的临界区域导致对主导热声模式的大于20 dB的抑制。我们观察到，相干结构形成的剪切层后转储平面得到抑制，导致HRR波动的非相干空间分布。我们发现，湍流速度幅值正确识别的关键区域，优化被动控制热声不稳定性。与此相反，瑞利指数确定的区域最显着的声学驱动，但是，它不确定的区域最敏感的控制。最后，我们通过确定从湍流速度场测量的Hurst指数的空间分布来扩展我们的分析。我们发现，赫斯特指数确定的临界区域热声不稳定性和不稳定性，不同于其他物理措施。
2020-11-03 physics.flu-dyn
Effect of cavitation on velocity in the near-field of a diesel nozzle
内燃机中燃料雾化的整个过程在确定这些发动机的总体效率方面起着非常重要的作用。良好的雾化过程可以帮助燃料与空气适当混合，从而使其有效燃烧，从而减少排放的污染物。工程师们关注于设计更有效雾化的喷油器的最新趋势是增加雾化压力，同时减小喷嘴孔直径。其结果是在喷嘴附近的喷射器内部形成气穴（在液体中形成蒸汽空腔或气泡）。本文主要研究了在300 bar压力下，喷嘴直径为0.35 mm，安装有针阀升程传感器的非对称透明喷嘴中，空化的形成及其对喷嘴附近喷雾速度的影响。注射压力该实验包括记录几个图像对，这是由约300纳秒分开，捕捉喷雾的动态，从喷嘴在流动的方向几毫米。这些图像对然后用于通过将第一图像与第二图像相关联来从液体结构和韧带的位移计算速度。然后将大约200个这样的速度曲线求平均以获得速度图，并将其与在从喷射开始的不同时间获得的类似的平均速度图进行比较。还计算来自这些图像中的每一个的喷雾的角展度。在这些相同的时刻也记录了显示喷射器内部的空化的图像，以便了解空化对靠近喷嘴的喷雾的速度和角展度的影响。
2016-01-21 physics.flu-dyn physics.ins-det
Dynamics of unsteady premixed flames in meso scale channels and the effects of varying the wall heating conditions
本研究探究介观尺度通道内甲烷-空气预混火焰在双峰壁面加热条件下的动力学，发现了新的非定常传播火焰工况，并结合理论分析了其与重复熄火点火火焰的差异及耦合特性。
2024-08-13 physics.app-ph physics.flu-dyn
Modeling and Simulation of Diesel Injection at Transcritical Conditions
对提高发动机效率的需求促使了高压燃烧系统的发展，在高压燃烧系统中，操作条件达到并超过临界条件。与这些条件相关联的是大的热力学梯度和当流体经历混合和相变时输送性质的强烈变化。准确模拟这些真实流体环境仍然是一个主要挑战。采用了不同的建模方法，可以分为扩散界面方法和尖锐界面方法。本研究的目的是研究扩散界面法模拟柴油喷射在相关的条件下的超临界政权。为此，最近开发的跨临界条件下的可压缩真实流体求解器。一个ECN相关的柴油机喷油器的模拟和预测的瞬时和统计流场的结果进行了比较，与现有的测量。预计从这个分析的结果将是有用的，在确定目前的建模技术的局限性，并在改善高压注入系统的物理和数值模型。
2017-05-20 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
Direct Numerical Simulation of Thermoacoustically Unstable Flames Via Non-Drifting Acoustic Delay Characteristic Boundary Conditions
School of Engineering, University of Manchester（曼彻斯特大学工程学院）；Department of Mathematics, University of Manchester（曼彻斯特大学数学系）；School of Engineering, Cardiff University（卡迪夫大学工程学院）
本文提出非漂移声学延迟特征边界条件（ADCBC）和平均比例积分线性松弛（APILR）方法，对热声不稳定预混火焰进行直接数值模拟，以降低计算成本并准确捕捉火焰动力学。
2026-09-09 cs.NA math.NA physics.comp-ph
