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
Application of dense neural networks for manifold-based modeling of flame-wall interactions
本文利用在淬熄火焰数据库上训练的稠密神经网络构建低维化学流形，并通过稀疏PCA自动识别输入参数，在CFD中实现预混甲烷-空气侧壁淬熄火焰的高效模拟，其精度与详细化学及QFM方法相当。
2023-08-10 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
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
Quenching of flames by fluid advection
我们考虑一个简单的标量反应对流扩散方程的点火型非线性和讨论以下问题：什么样的速度剖面是能够淬火任何给定的火焰，提供了足够大的速度的振幅？即使对于剪切流，答案也是令人惊讶的微妙。如果速度分布在空间中变化，使得它在任何地方都是恒定的（或者如果它仅在小尺度区域中是恒定的），那么流动可以抑制任何初始数据。但是，如果速度分布在一个相当大的区域内是恒定不变的，那么随后的流动就不能熄灭足够大的火焰，不管这个速度的幅度有多大。恒定区的宽度必须大于两个层流传播波前的宽度。证明使用了一个线性偏微分方程相关的非线性问题和淬火遵循时，偏微分方程是亚椭圆。所使用的技术允许推导新的，几乎最佳的速度上的行波解决方案的界限。
2000-06-15 math.AP nlin.CD 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
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
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
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
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
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
Edge-Stabilized Rotating Flames in a Circular Hele-Shaw Cell
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未加热开放圆形海勒-沙夫细胞中自发形成的甲烷-空气自持旋转火焰，揭示了其稳定传播模式及边缘速度与火焰速度的关系，建立了半经验模型预测旋转频率和形状。
2026-07-07 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
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
Detailed simulation of LOX/GCH4 flame-vortex interaction in supercritical Taylor-Green flows with machine learning
本文模拟超临界 LOX/GCH4 的三维反应性 Taylor-Green 涡，揭示真实流体导致的火焰拉伸与淬灭增强，并用 DNN 将热物性计算加速 13 倍。
2023-12-08 physics.flu-dyn
Effect of the blast wave interaction on the flame heat release and droplet dynamics
本文实验研究了燃烧液滴与同轴冲击波相互作用下的火焰熄灭、热释放速率增强及液滴雾化行为，揭示了不同马赫数下火焰动力学和液滴响应规律。
2024-09-28 physics.app-ph 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
The recombination region in lean steady premixed H$_2$ flames
H $_2$预混火焰对于长的拖尾区域是公知的，其中未燃烧的H $_2$和离开燃料消耗层的自由基的超平衡浓度逐渐衰减到热力学平衡。这个复合区域，它在这里认为，是一个二级效应诱导的过早淬火的洗牌反应，抑制衰减到平衡的第一近似。它的结构和动力学进行了详细研究，以捕捉小，但有限的反应速率占其特征长度尺度，这是足够大，使扩散运输可以忽略不计，从而停用上游反馈链接与主火焰结构。它是等温的，可以描述，在适度贫火焰，由只是H $_2$的分布作为唯一的自由度，一个急剧减少的后果，几乎完全淬火洗牌反应所施加的强烈约束的演变。因此，H $_2$和自由基的衰减到平衡的速率由HO $_2$动力学控制的对流传输和化学汇之间的平衡决定，HO动力学在洗牌反应淬灭后成为主导。基本上，它是一个两步机制，第一步是将O $_2$转化为HO $_2$的限速步骤，而第二步包括多个快速平行途径，在HO $_2$转化为O $_2$和H $_2$ O时消耗自由基。当单自由度模型不适用时，还简要讨论了对非常稀薄和接近化学计量火焰的推广以及热损失的影响。
2020-09-25 physics.chem-ph 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
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
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
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
Reactive Rayleigh-Taylor systems: flame propagation and non-stationarity
反应性瑞利-泰勒系统的特征在于不稳定性的增长与冷（重）相和热（轻）相之间的反应速率之间的竞争。我们目前的结果，从国家的最先进的数值模拟进行高分辨率的2D通过自洽的格子玻尔兹曼方法，发展的耦合动量和热方程，并包括一个反应项。我们调整影响火焰特性的参数，以解决湍流混合和反应之间的竞争，从慢到快-反应速率。我们还研究了瑞利-泰勒不稳定性驱动的湍流演化与波前传播对引力加速度的相互反馈。我们量化的火焰传播的增强由于湍流混合的情况下，反应速度慢，以及减缓的湍流增长的快速反应的情况下，当火焰迅速燃烧的重力不稳定相。在小尺度的温度下的不稳定性的增加的特点的情况下，快速反应，与形成的尖锐的褶皱前分离纯热/冷流体区域。
2011-02-11 nlin.CD physics.flu-dyn
