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
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
Effect of wall thermal inertia upon transient thermoacoustic dynamics of a swirl-stabilized flame
本文指出了考虑燃烧室热状态对研究或预测其热声稳定性的重要性。这方面往往被忽视或被认为不如操作参数的影响重要，例如热功率或当量比，但在某些情况下，它可以对不稳定性的发展产生显着的影响。本文介绍了实验结果收集的燃烧室具有贫油旋流稳定火焰表现出热声不稳定性在某些操作条件下。它示出，这种不稳定性是由火焰拓扑结构的变化引起的壁面温度与热功率的逐步增加。这种不稳定性对壁面温度的依赖性导致当操作条件动态改变时的惯性效应和滞后。一个低阶模型的系统再现这一显着的动态提出并验证对实验数据。
2018-07-06 physics.flu-dyn
Synergy of turbulence and thermo-diffusive effects on the intermittent boundary-layer flashback of swirling flames
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, College of Engineering, Peking University（北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室）；HEDPS-CAPT, Peking University（北京大学高能量密度物理研究所）
研究通过LES-FSD方法揭示了湍流与热扩散效应协同作用下，富氢旋流火焰间歇边界层闪火的形成机制与影响因素。
2024-10-21 physics.flu-dyn
Performance of eddy-viscosity turbulence models for predicting swirling pipe-flow: Simulations and laser-Doppler velocimetry
我们使用激光多普勒测速（LDV）实验和雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模拟研究的特征流模式下游的一个标准化的顺时针旋流扰动发生器。在量化网格尺寸的影响后，我们评估了各种涡粘性湍流模型在提供合理的近似实验参考方面的潜力。湍流模型的选择反映了当前的行业实践。我们的研究结果表明，从$k$ - $ε$家庭的模型更准确地预测旋流比从$k$ - $ω$家庭的模型。对于充分分辨的网格，可实现的$k$ - $ε$模型提供了最精确的速度幅值近似，尽管它未能捕获由标准$k$ - $ε$模型和RNG $k$ - $ε$模型准确预测的小尺度流动结构。在整篇文章中，我们强调了旋转流RANS湍流模型选择的实际指导。
2015-10-26 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
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
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
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
Particle Pair Dispersion and Eddy Diffusivity in a High-Speed Premixed Flame
湍流混合是高速预混火焰中一个重要的物理过程。这种混合导致温度和化学标量的增强传输，导致火焰结构和动力学的潜在大的变化。为了理解非反应流中的湍流混合，已经提出了许多经典理论来描述分散流体颗粒对的缩放和统计，包括有效的或湍流的涡流扩散率的预测。在这里，我们研究这些经典理论的有效性，通过研究流体颗粒对分散和涡流扩散在高度湍流的预混甲烷-空气火焰中的Karlovitz数约为140。使用直接数值模拟和高阶拉格朗日跟踪算法的数据，粒子对质心在不同的初始温度和分离，然后集成向前的时间。我们发现，在非反应流对分散的标度关系和结果仍然在这个高强度的预混火焰相关，我们确定了热释放的影响分散和涡流扩散。
2020-06-23 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
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
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
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
Dynamics of upstream flame propagation in a hydrogen-enriched premixed flame
采用大涡模拟（LES）和增稠火焰（TF）模型，研究了甲烷-空气预混火焰中自由强旋流流动对上游火焰传播的影响。选择了一个实验室尺度的旋流预混燃烧室进行数值研究，该燃烧室在大气条件下运行，并有实验数据可供验证。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。同时，研究结果表明，上游火焰传播的起始与流体力学和反应之间的平衡有关。这一过程与中心回流气泡的上游传播有关，中心回流气泡推动上游混合管中的火焰前缘。一旦火焰前缘开始向上游移动，富氢混合物表现出更不稳定的行为;而相比之下，CH 4火焰表现出稳定的行为。
2021-02-03 physics.flu-dyn
An assessment of turbulence models for linear hydrodynamic stability analysis of strongly swirling jets
线性稳定性分析已被证明是一个有用的工具，在分析占主导地位的相干结构，如冯卡门涡街和全球螺旋模式与旋涡破裂的旋转射流。近年来，线性稳定性分析已成功地应用于湍流时均流，而不是层流基流，\textcolor{black} {这需要考虑湍流场与相干结构相互作用的湍流模型。为了保持层流的稳定性方程，通常采用具有空间非均匀但各向同性涡粘性的Boussinesq近似。在这项工作中，我们评估这一概念的适用性湍流强旋流射流，一类流量是特别不适合各向同性涡粘性模型。事实上，我们发现，非定常RANS模拟只匹配与雷诺应力模型，占各向异性涡粘性实验。然而，线性稳定性分析的平均流量准确地预测的全球模式的增长率和频率，如果采用各向同性的涡流粘度表示最小二乘近似的各向异性的涡流粘度。从$k-ε$模型得出的粘度不能很好地预测平均流量，也不能进行准确的稳定性计算。我们的结论是，从这项研究中，线性稳定性分析可以准确的流动具有强烈的各向异性的湍流粘度和能力的Boussinesq近似的URANS为基础的平均流量预测是不是一个先决条件。
2016-05-02 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
Thermodynamic analysis and large-eddy simulations of LOx-CH4 and LOx-H2 flames at high pressure
在火箭相关条件下，真实气体效应和热力学非理想性是流场的显著特征。实验研究表明，相分离可以发生依赖于操作条件和多组分流中所涉及的物种。在过去的几十年里，火箭燃烧界的几个研究小组已经解决了这个问题。在这方面的贡献，我们采用了高保真度的热力学框架，包括真实的气体和多组分相分离的影响，调查液态氧-甲烷和液态氧-氢火焰在高压下。对多组分相分离进行了全面的介绍和讨论。该模型与实验数据进行了验证，并纳入反应流CFD代码。采用一维逆流扩散火焰的热力学效应。真实的气体和相分离的影响是存在的，并量化的衍生属性。最后，将该方法应用于单单元参考试验工况的三维大涡模拟，并将计算结果与实验数据进行了比较。
2018-07-13 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
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
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
Large eddy simulation of a supersonic lifted hydrogen flame with perfectly stirred reactor model
采用大涡模拟和完全搅拌反应器模型（LES-PSR）对高焓流动条件下的超声速燃烧进行了数值模拟。PSR模型考虑了粘性加热和可压缩性对热化学状态的影响，通过修正化学源项作为过程变量，并将绝对焓作为控制变量用于查表。首先通过对粘性加热和压缩效应的先验分析进行了验证。采用LES-PSR方法模拟了超声速污染同向射流稳定的氢气自燃火焰。结果表明，该方法准确地捕捉到了激波结构、火焰整体特性、火焰-激波相互作用和离地高度。速度和混合分数的统计与实验数据的良好协议进行了观察。结果还表明，LES-PSR模型可以很好地预测火焰诱导区和稳定区的平均温度和主要组分的摩尔分数。然而，存在温度RMS的约100 - 150 K的一些预测不足，这可能是由于同向流动射流的富H2/O2燃烧产物中的化学不平衡。分别从诱导区和火焰区的两个探头位置的散点图表明，各自的混合分数空间的火焰结构被捕获。然而，在火焰区的温度和物种的摩尔分数的波动被低估。PSR模型捕捉到了激波诱导的自燃点。这些点是高度不稳定的，在火焰稳定中起着重要作用。它还表明，激烈的反应开始在混合物分数周围的化学计量或贫燃料的值，对应于局部升高的压力（1.5 - 2.0大气压），由于冲击压缩。
2021-03-26 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
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
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
Experimental assessment of a scalar-dissipation-rate sub-grid-scale closure for Large Eddy Simulation of turbulent premixed flames
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
通过实验评估了用于湍流预混火焰LES的标量耗散率亚网格闭合模型，验证了其预测能力，并发现模型参数在大卡尔洛维茨数下与先前值一致，为扩展应用提供了依据。
2026-09-29 physics.flu-dyn
Numerical Investigation of the Local Thermo-Chemical State in a Thermo-Acoustically Unstable Dual Swirl Gas Turbine Model Combustor
本文通过大涡模拟结合表格化学与人工加厚火焰方法，研究SFB606双旋流燃气轮机模型燃烧室的热声不稳定机制，重点分析当量比振荡、对流时间延迟及热损失对火焰位置的影响，并定量揭示了热声反馈机理。
2023-08-10 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
Large Eddy Simulation of the evolution of the soot size distribution in turbulent nonpremixed bluff body flames
本研究通过大涡模拟结合双变量多矩分区法，研究了不同钝体直径下湍流非预混火焰中烟炱尺寸分布的演化，发现尺寸分布对钝体直径不敏感，且改进的氧化描述显著提升了烟炱体积分数的预测精度。
2024-02-07 physics.flu-dyn
Flame Bifurcation, Flashback Margins, and NOx Scaling in a Swirl-Stabilized Hydrogen Aero-Engine Combustor
AeroMyne
针对纯氢航空发动机燃烧室，通过三维模拟揭示拓扑火焰分岔与回火裕度，并建立NOx排放的多路径标度规律，为低碳燃烧室设计提供验证方法。
2026-11-03 physics.app-ph physics.chem-ph 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
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
Large Eddy Simulation of the evolution of the soot size distribution in turbulent nonpremixed flames using the Bivariate Multi-Moment Sectional Method
提出双变量多矩分段法（BMMSM）耦合大涡模拟，高效模拟湍流非预混火焰中烟炱粒径分布从单峰到双峰的演化，仅需八段即可准确预测，计算成本比HMOM高约44%。
2024-02-07 physics.flu-dyn
On the spatial structure and intermittency of soot in a lab-scale gas turbine combustor: Insights from large-eddy simulations
Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Eindhoven Institute for Renewable Energy Systems（埃因霍温可再生能源系统研究所）
本文通过大涡模拟研究了实验室规模燃气轮机燃烧室中碳黑的空间结构和间歇性，比较了两种碳黑建模方法的预测性能和计算成本。
2026-02-26 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
PeleLM-FDF Large Eddy Simulator of Turbulent Combustion
发展了一种新的计算方法PeleLM-FDF，并用于复杂湍流燃烧系统的高保真大涡模拟（LES）。这种方法是通过一个混合方案相结合的欧拉PeleLM基流求解器与拉格朗日蒙特卡罗模拟器的过滤密度函数（FDF）的次网格尺度反应标量。由此产生的方法是能够模拟一些最复杂的物理复杂的燃烧相互作用。这是证明了一个非预混CO/H $_2$时间演变射流火焰的LES。通过骨架动力学模型的化学建模，并通过详细的后验比较对同一火焰的直接数值模拟（DNS）数据的结果进行评估。观察到良好的协议的各种统计的热化学量的时间演化，包括多标量混合的流形。新的方法是能够捕捉复杂的现象的火焰熄灭和重新点燃的计算成本的DNS的1/512。新的PeleLM-FDF求解器的高保真度和计算负担能力保证其考虑实际湍流燃烧系统的LES。
2022-01-03 physics.flu-dyn
Large-eddy simulation of turbulent spray flames: Effects of scalar correlation and enthalpy reduction in flamelet modeling
该研究提出考虑蒸发焓减和标量相关性的六维FGM方法，结合基于copula理论的联合预设PDF，对悉尼乙醇喷雾火焰进行大涡模拟，验证了其对气相和液相预测精度的提升。
2025-07-02 physics.chem-ph 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
Fractal scaling of turbulent premixed flame fronts: application to LES
湍流预混火焰前锋的分形标度特性进行了研究，并考虑在大涡模拟框架中模拟亚网格尺度。由于这种薄的反应前沿的宽度不能被分解到大涡模拟的粗网格中，因此考虑了体积中包含的褶皱火焰表面的程度。未分辨的火焰前缘的量通过“分形因子”来估计，该“分形因子”取决于合适的分形维数的定义和分形标度损失的尺度，即内截止长度εi。在这种情况下，本研究认为，实验室实验和一步反应DNS的湍流预混射流火焰在不同制度的湍流预混火焰。分形维数被发现是基本上恒定的，远低于典型的被动标量前线。内截止长度显示出明显的缩放与耗散尺度的柯尔莫哥洛夫在这里考虑的制度。这些功能已被利用执行大涡模拟。良好的模型性能已被发现比较LES对相应的DNS在中等雷诺数和实验数据在较高的雷诺数。
2017-02-15 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
Solver-in-the-loop training of deep learning closures for large-eddy simulation of turbulent premixed jet flames
University of Notre Dame（圣母大学）
研究针对大涡模拟湍流模型在预混火焰模拟中的不足，开发基于深度神经网络的增强涡粘性封闭项，经联合校准与评估，该模型能降低后验误差，在不同达姆科勒数下保持稳定准确，为湍流燃烧建模提供适用框架。
2026-08-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Three-dimensional, Rotational Flamelet Closure Model with Two-way Coupling
发展了一种新的火焰面模型，用于亚网格模拟，并与湍流燃烧的分解流场耦合。该模型在关键方面与当前模型不同。(i)非预混火焰、预混火焰或多分支火焰结构是确定的而不是规定的。(ii)剪切应变和涡量的影响被确定。(iii)应变率和涡度应用在亚网格水平直接确定的分辨率尺度应变率和涡度没有一个人为的进展变量。(iv)火焰面模型是三维的。(v)讨论了变密度的影响。得到了控制火焰面模型的多组分纳维-斯托克斯方程的解。通过坐标变换，通过一个常微分方程组找到了模型的类似解。涡在次网格逆流上产生离心力，从而改变分子输运速率和燃烧速率。旋转火焰面模型的样本计算没有耦合到解决流首先展示新功能的重要性。标度律的相关应变率和涡度在亚网格水平的数量在解析流水平耦合与大涡模拟或哈罗德平均流量。耦合到旋转火焰面模型，求解了简单湍流的时均行为。具体而言，一个二维的，多组分的，时间平均的平面剪切层与可变的密度和能量释放使用混合长度描述的涡粘性。确定了今后研究的需要。
2021-11-22 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
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
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
Neural network-augmented eddy viscosity closures for turbulent premixed jet flames
针对燃烧放热导致梯度型湍流闭合模型难用于湍流预混火焰的问题，研究提出将DNN纳入RANS模型构建非线性涡粘度闭合关系，通过基于伴随的PDE约束数据同化优化，在宽达姆科勒数范围的预混射流火焰预测中精度比基线k-ε模型高1-2个数量级，兼具稳定性与泛化性。
2025-05-14 physics.comp-ph 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
Numerical modeling of distributed combustion without air dilution in a novel ultra-low emission turbulent swirl burner
通常与低氧条件相关的分布式燃烧提供超低的NOx排放。然而，它最近实现了没有燃烧空气稀释或内部烟道气再循环，使用一种独特的方法称为混合物温度控制燃烧。这里，燃料-空气流在入口处被冷却以延迟点火，从而促进均匀混合物的形成。本数值研究的目的是更好地了解这种燃烧概念的操作，并提出一个强大的框架，分布式燃烧建模的参数范围内，这种操作之前没有预测任何现有的理论。此外，评估了液体燃料燃烧，这带来了额外的复杂性。四个操作条件下观察到的分布燃烧。反应流场采用基于正十二烷反应机理的火焰生成流形模型。采用Zimont湍流火焰速度模型，显著降低系数，以实现分布燃烧。在拉格朗日坐标系下对气流雾化液滴进行了跟踪。数值计算结果得到了纹影图像和声谱的验证。结果表明，在整个炉膛内，反应物稀释比始终保持在0.25以下，表明均匀的油气混合气是无明显内循环的情况下，具有良好火焰稳定性和超低NOx排放的主要原因。这些结果的潜在应用是锅炉、熔炉和燃气轮机。
2022-04-13 physics.chem-ph 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
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
Wavelet Cross-Correlation Analysis of Turbulent Mixing from Large-Eddy-Simulations
本文用小波互相关分析方法研究了钝体稳定火焰中湍流与混合之间的复杂相互作用。结合的方法可以更好地指出典型的特征，通过表征的过程中所涉及的时间和尺度的非定常湍流混合。小波互相关分析的速度和混合分数波动的时间信号可以是一个有效的工具，研究湍流混合流动的过程中，在燃烧问题的极大兴趣。
2000-03-14 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
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
Investigation of Turbulent Mixing and Local Reaction Rates on Deflagration to Detonation Transition in Methane-Oxygen
采用大涡模拟（LES）方法研究了湍流混合和局部反应速率对爆燃转爆轰（DDT）的影响。具体而言，爆轰衰减的多孔介质，以及随后的重新启动甲烷-氧气，适度不稳定的混合物，被认为是。调查的目的是验证与以前的实验观察的数值策略，并确定在DDT的最后阶段，湍流混合和冲击压缩对火焰加速的具体作用。采用的模拟程序是网格中网格方法：可压缩线性涡模型大涡模拟（CLEM-LES）。有人发现，平均湍流波动大于层流火焰速度，以保持波的速度以上的查普曼-茹盖（CJ）爆燃速度阈值，前体要求DDT发生。人们还发现，需要足够的湍流燃烧的火焰表面上，以驱动压力波，以充分加强领先的冲击波，局部，以触发自燃热点的波阵面。这些局部爆炸事件，被发现通过湍流表面反应烧毁，驱动横向压力波向外。在随后的冲击波反射或相互作用的横波，新的局部爆炸事件发生，这进一步加强了邻近的领先的冲击波以上的CJ爆轰速度。最后，通过这个过程，波维持CJ爆轰速度，平均而言，通过局部爆炸事件的循环机制，其次是湍流表面反应。最后，燃烧的火焰加速过程中发现，主要在于薄反应区制度。
2017-08-09 physics.flu-dyn
