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
Effect of Inflow Turbulence on Premixed Combustion in a Cavity Flameholder
采用非连续Galerkin有限元程序JENRE，在飞行焓为5马赫的条件下，对弗吉尼亚大学超音速燃烧室凹腔火焰稳定器内的冲压式燃烧进行了高分辨率的数值模拟。先前的实验测量了空腔流入处的自由湍流强度，范围为10 - 15%。在这项工作中的模拟中，实现了一个合成的湍流流入发生器，以再现流入空腔的湍流。湍流流入边界条件产生的速度扰动和湍流强度与使用粒子诱导测速仪在设施中测量的值相匹配。模拟进行了有和没有来流湍流，研究湍流对火焰稳定性和结构的影响。在这两种情况下，都实现了空腔稳定火焰。流入湍流促进了更稳健的燃烧，导致火焰从空腔进一步传播到核心流中，相对于轴向流动方向扩大了火焰角。模拟得到的火焰角与实验结果和理论预测一致。确定了空腔的旋涡脱落频率。火焰应变率和压力波动的空腔剪切层也进行了测量，发现周期性变化的频率等于的旋涡脱落。在腔剪切层中的高流动应变率，驱动的旋涡脱落过程中，被确定为火焰拉伸和低OH浓度的火焰横穿腔坡道的原因。空间分辨率对模拟的影响进行了讨论，通过比较的情况下，使用二阶和三阶精度不连续伽辽金有限元。
2020-10-27 physics.flu-dyn
A turbulent premixed flame on fractal-grid generated turbulence
在预混湍流燃烧实验中，采用了一种填充空间、低阻塞的分形网格作为新型湍流发生器。与标准湍流网格的幂律衰减相反，分形网格的下游湍流强度增加，直到在距离网格一定距离处达到峰值，然后才最终衰减。有效网格尺寸和密实度与标准正方形网格相同。结果表明，在相同的流量和化学计量比下，分形湍流增强了燃烧速率，使火焰面积进一步增大。使用火焰分形模型，试图突出在两个不同的湍流场建立的火焰之间的差异。
2010-04-13 physics.flu-dyn
Quantitative 3D Morphology of Cellular H2/O2/N2 Flames on a Porous-Plug Burner: Spatially Resolved Measurements of Temperature and OH Radical
本研究通过空间分辨测量和数值模拟系统表征了多孔塞燃烧器上的贫氢蜂窝火焰三维形态，揭示了非线性相互作用主导的波数选择机制及曲率、流动膨胀与Soret扩散共同作用的稳定机制。
2025-09-16 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
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
Isolating effects of large and small scale turbulence on thermodiffusively unstable premixed hydrogen flames
本研究通过直接数值模拟探究湍流对稀燃预混氢气火焰的影响，揭示了不同Karlovitz数与积分长度尺度下火焰速度、面积的变化规律及差异扩散效应的作用机制。
2023-11-29 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
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
Can flamelet manifolds capture the interactions of thermo-diffusive instabilities and turbulence in lean hydrogen flames? -- An a-priori analysis
本研究针对小火焰模型能否应用于湍流稀氢火焰的问题，通过模拟评估拉伸效应，发现原有制表流形存在局限，提出需构建同时纳入应变与曲率变化的新型流形以支撑相关燃烧模型开发。
2024-01-30 physics.flu-dyn
Non-premixed Flame-Turbulence Interaction in Compressible Turbulent Flow
非预混湍流反应流动由于湍流运动与反应之间的强耦合而难以建模。典型的碳氢化合物火焰释放的大量热量导致热力学变量和分子输运系数的显著修改，从而改变了流体动力学。此外，在非预混燃烧中，火焰具有复杂的空间结构。局部的膨胀和收缩发生，增强了平行运动。因此，流动的可压缩性和热释放密切相关。然而，关于可压缩性对标量混合和反应的作用的基础研究却很少。在本文中，我们提出的结果有关的非预混火焰和可压缩湍流之间的相互作用的基本方面。
2002-03-13 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
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
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} $来缩放当前和Leeds数据集，而不管所考虑的燃料、当量比、压力和大范围Damköhler数上正Mk火焰的湍流强度。
2013-09-03 physics.flu-dyn
Fractal dimension of premixed flames in multifractal turbulence
在湍流预混火焰中，基于启发式标度理论，对Damköhler的大尺度极限$(Da>>1)$和小尺度极限$(Da\sim\mathcal{O}(1))$，火焰等值面的分形维数分别为$\mathbb{D}=7/3$和$\mathbb{D}=8/3$。然而，这样的缩放参数不考虑火焰表面上的湍流动能耗散的多重分形性质的效果。在本文中，我们占的多重分形耗散的分形维数低$Da$湍流预混火焰的影响。我们推导出两个修正的分形维数上限- $\mathbb{D}=8/3+3/4(1-D_{1/4})$和$\mathbb{D}=8/3+2/3(3-D_{1/3})$ -这对应于标量通量的变化和火焰界面的总面积，由于湍流耗散的间歇性所产生的内部截止尺度的波动，分别。我们进一步表明，第二次修正导致的分形维数$(\mathbb{D})$的标度指数$(ξ)$的速度结构函数通过关系：$\mathbb{D}=11/3+ξ$的明确依赖。因此，我们明确量化低$Da$预混燃烧湍流的多重分形性质的影响。
2020-09-03 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
Numerical Investigation of Soot Formation in Turbulent Diffusion Flame with Strong Turbulence Chemistry Interaction
本工作的目的是研究不同的模型预测的能力，在代尔夫特火焰III，这是一个非预混试点稳定的天然气火焰中的碳烟形成。使用层流稳定火焰面模型（SLFM）的毒性化学相互作用建模。一步和两步模型被用来描述碳烟颗粒的形成，生长和氧化。一步是一个经验模型，解决了烟尘质量分数方程。两步模型是半经验模型，其中通过求解碳烟质量分数和归一化自由基核浓度的控制输运方程来模拟碳烟的形成。由于气体和烟尘颗粒的辐射传热的影响包括使用P1近似。混合气体的吸收系数采用灰色气体加权和模型（WSGGM）进行建模。使用一个单一的变量概率密度函数（PDF）的归一化温度或混合分数方面的碳烟形成的毒性化学相互作用的影响进行了研究。结果表明，在这项工作中清楚地阐明了辐射和毒性化学相互作用对烟尘形成的影响。随着辐射相互作用的引入，碳烟体积分数减小，这与理论预测一致。在目前的工作中还观察到，烟尘的体积分数是敏感的PDF中使用的变量，将湍流的相互作用。
2021-02-22 physics.flu-dyn
Direct numerical simulations of the Taylor-Green Vortex interacting with a hydrogen diffusion flame: Reynolds number and non-unity Lewis number effects
本文通过多组DNS研究嵌入TGV的氢扩散火焰，揭示Reynolds数升高引起的涡管演化、火焰热释放与湍流的双向作用，以及非单位Lewis数效应受强湍流抑制的规律。
2023-02-14 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
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
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
Application of Helmholtz-Hodge decomposition and conditioned structure functions to exploring influence of premixed combustion on turbulence upstream of the flame
为了探索燃烧诱导热膨胀对湍流的影响，引入了一种新的研究方法。该方法包括联合应用亥姆霍兹-霍奇分解和条件结构函数来分析湍流速度场。该方法所提供的机会，证明了使用它来处理直接数值模拟数据获得较早的两个统计一维，平面，充分发展，弱湍流，单步化学，预混火焰，其特征在于两个显着不同的（7.52和2.50）密度比，与所有其他的东西是近似相等的。为了强调燃烧引起的热膨胀对预混火焰上游未燃混合物的湍流的影响，分析的重点放在两点处的未燃混合物的结构函数上。两种分解技术，即（i）一个广泛使用的正交亥姆霍兹-霍奇分解和（ii）最近推出的自然亥姆霍兹-霍奇分解，进行了探讨，使用它们得到的结果是相似的，在最大的部分计算域的入口和出口边界附近的狭窄区域除外。计算结果表明，燃烧引起的热膨胀可以显著改变预混火焰上游未燃混合物的湍流，其方式是产生各向异性的位流速度脉动，其空间结构与来流湍流的空间结构有很大不同。这种潜在的速度波动的幅度是大于螺线管的速度波动的幅度在最大的部分的平均火焰刷的情况下的高密度比。在低密度比的情况下，后者的幅度是更大的无处不在，但这两个幅度是可比的，在中间的平均火焰刷。
2020-07-16 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
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
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
Rayleigh-Taylor Unstable Flames -- Fast or Faster?
瑞利-泰勒（RT）不稳定火焰在Ia型超新星爆炸中起着关键作用。然而，这些火焰的动力学仍然没有得到很好的理解。RT不稳定火焰受火焰前缘的RT不稳定性和RT产生的湍流的影响。这些因素的共存复杂的火焰速度亚网格模型的选择全明星Ia型模拟。这两个过程都可以拉伸和起皱火焰表面，增加其面积，从而增加燃烧速率。在过去的研究中，亚网格模型已经基于RT不稳定性或湍流设置火焰速度。我们评估这两个模型，检查他们的假设和正确预测湍流火焰速度的能力。具体来说，我们分析了RT不稳定模型火焰的三维直接数值模拟的大参数研究。这项研究改变了模拟域的宽度和重力，以探测范围广泛的火焰行为。我们表明，RT不稳定火焰是不同于传统的湍流火焰：他们是薄的，而不是厚的湍流更强时。我们还表明，没有几种不同类型的湍流火焰速度模型准确地预测测量火焰速度。此外，我们发现，RT火焰速度模型只能正确地预测在一定的参数制度的测量火焰速度。最后，我们提出，尖点的形成可能是导致火焰传播速度比RT模型预测的更快的因素。
2015-04-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A predictive model of the turbulent burning velocity for planar and Bunsen flames over a wide range of conditions
提出一种无自由参数的湍流燃烧速度代数预测模型，包含拉伸因子与火焰面积子模型，经285例直接数值模拟与实验验证，平均误差25.3%，适用条件广泛。
2021-03-21 physics.flu-dyn
Turbulent Flame Speeds of G-equation Models in Unsteady Cellular Flows
National Cheng Kung University（国立成功大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
通过计算研究时间依赖细胞流中G方程模型的前锋速度，发现曲率-应变G方程中速度锁定于周期频率，而粘性G方程或随机振荡下该现象消失。
2012-10-05 cs.NA math.NA nlin.PS
Reactive Rayleigh-Taylor Turbulence
瑞利-泰勒（RT）不稳定性的发展，并导致湍流时，一个重的流体通过一个轻的重力作用下下降。我们认为这种现象伴随着流体之间的反应转化，并研究与直接数值模拟（DNS）的反应（火焰）如何影响的湍流混合在Boussinesq近似。我们讨论“慢”反应的特征反应时间超过了RT不稳定的时间尺度。在早期的湍流阶段，火焰的影响分布在一个成熟的混合区，其发展是弱的反应的影响。在稍后的时间，完全混合区转变成一个规模与混合区宽度成比例的纯流体斑块的聚集体。在这种“搅拌火焰”状态下，温度波动被分离纯流体斑块的区域中的反应所消耗。这种基于DNS的定性描述之后的现象表明，薄湍流火焰是一个单一的分形字符，因此，温度场的分布是强烈的间歇性。
2008-07-24 physics.flu-dyn
Stabilization of premixed NH3/H2/air flames via bluff-body flame holders
University of Magdeburg "Otto von Guericke"（马格德堡奥托·冯·格里克大学）
研究通过实验和模拟揭示突扩体通过偏偏好氢扩散和回流热交换稳定预混NH3/H2/空气火焰的机制。
2026-03-08 physics.flu-dyn
A Numerical Study of Turbulent Flame Speeds of Curvature and Strain G-equations in Cellular Flows
Department of Mathematics, UC Irvine（加州大学欧文分校数学系）
通过数值模拟研究湍流燃烧中曲率和应变G方程的火焰前缘速度，发现曲率G方程的湍流火焰速度随胞格流强度增加而增强，而应变G方程的速度先增后减，并在有限强度下熄灭。
2012-02-28 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
On the theory of turbulent flame velocity
将强湍流火焰锋面自相似动力学的重整化思想应用于燃烧物质具有较大热膨胀的火焰。在这种情况下，火焰前锋是波纹的外部湍流和固有的火焰不稳定性。得到了火焰传播速度的解析表达式。结果表明，当湍流积分长度尺度远大于不稳定性截止波长时，火焰不稳定性是主要的。发展的理论被用来分析最近的实验湍流火焰在管内传播。它表明，大部分的火焰速度增加实验测量提供的大尺度效应，如火焰的不稳定性，而不是由小尺度的外部湍流。
2012-10-19 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Pulsating instability and self-acceleration of fast turbulent flames
采用一系列三维数值模拟方法研究了高速湍流火焰的内禀稳定性。计算模型的相互作用的完全解决预混火焰的高度亚音速，统计稳定，均匀，各向同性湍流。我们考虑了一个广泛的湍流强度和系统的大小，对应的达姆科勒数Da = 0.1-6.0。这些计算表明，湍流火焰的制度考虑本质上是不稳定的。特别是，我们发现三个影响。1)湍流火焰速度发展脉动与观察到的峰-峰振幅> 10和特征时间尺度接近大尺度涡流周转时间。这种变化性是由湍流和高度间歇的火焰碰撞之间的相互作用引起的，湍流连续地产生火焰表面，而火焰碰撞消耗火焰表面。2)当火焰速度接近或超过Chapman-Jouguet爆燃的速度时，不稳定燃烧导致周期性的压力积累和压力波或冲击的形成。3)脉动过程中形成的压力梯度与火焰上的密度梯度的耦合导致火焰体积内湍流的各向异性放大和火焰加速。这一过程是由涡度输运方程中的斜压项驱动的，是Richtmyer-Meshkov不稳定机制的反应流模拟。随着湍流强度的增加，这里讨论的极限环不稳定性过渡到我们以前的工作中所描述的制度，其中火焰速度的增长变得无界，并产生爆震。
2014-12-24 astro-ph.HE 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
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
Numerical Investigation of Coaxial GCH4/LOx Combustion at Supercritical Pressures
本文的目的是数值研究同轴气态甲烷液氧在超临界压力下的燃烧现象。湍流模型、真实气体模型和化学动力学模型的选择是低温高压燃烧数值模拟的关键。在这种超临界工作压力下，理想气体定律对这种情况不再有效。因此，我们系统地进行了比较研究，以分析真实气体模型，湍流参数和化学动力学在这种条件下的重要性。实际气体模型与NIST数据库的比较表明，SRK（Soave Redlich Kwong状态方程（EoS））模型预测与数据库更好的一致性。计算结果还表明，在采用非预混稳态b-PDF小火焰模型模拟燃烧过程时，采用修正常数的标准k-ε湍流模型比其他基于RANS的湍流模型更能捕捉火焰形状和温度峰值位置。此外，比较两种不同的化学动力学模型的比较研究表明，减少琼斯Lindstedt机制可以准确地预测火焰特性与最少的计算成本。最后，研究了燃烧室压力和液氧入口温度对火焰特性的影响。火焰特性表现出对燃烧室压力的强烈敏感性，这是由于随着压力的增加，伪沸腾效应减弱。作为通过跨临界混合层的能量和质量传递的较低湍流速率的结果，火焰传播在升高的压力和温度下变得更窄，从而在跨临界条件下产生增加的火焰长度。
2021-01-21 physics.flu-dyn
Modelling of the turbulent burning velocity based on Lagrangian statistics of propagating surfaces
基于传播面的拉格朗日统计量，提出了均匀各向同性湍流（HIT）中湍流燃烧速度的预测模型$S_T$。具有恒定位移速度的传播表面最初布置在一个平面上，并且它们以非反应性HIT演化，表现得像平面预混火焰前缘的传播。$S_T$模型中的普适常数表征了湍流对预混火焰面积增长的增强作用，它们由传播表面的拉格朗日统计量确定。然后，火焰面积建模的面积的传播表面在截断时间。这个截断时间信号的传播表面的演化几何的统计稳定状态，它是由一个明确的表达式，使用非常弱和强湍流的限制条件建模。$S_T$模型中的另一个参数表征燃料化学对$S_T$的影响，并且它由来自弱湍流中的实验或直接数值模拟（DNS）的$S_T$的非常少的可用数据点预先确定。所提出的模型进行了验证，使用三个DNS系列的湍流预混火焰与各种燃料。$S_T$的模型预测在很宽的预混燃烧区域内与DNS基本一致，并且它捕捉了$S_T$在湍流强度方面的基本趋势，包括弱湍流的线性增长和强湍流的“弯曲效应”。
2019-11-01 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
Dynamics of an autocatalytic reaction front: effects of imposed turbulence and buoyancy-driven flows
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, IRPHE（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，中央马赛学院，IRPHE）
研究通过自催化反应揭示湍流中火焰前沿的动力学，发现湍流输运和密度差异对反应前沿传播有重要影响。
2026-03-06 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 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
Flame Enhancement and Quenching in Fluid Flows
我们进行直接数值模拟（DNS）的平流标量场的扩散和反应，根据非线性反应定律。我们的目标是研究如何散装燃烧速率的反应是由一个强加的流量的影响。特别是，我们感兴趣的数值结果与最近预测的分析上限和下限进行比较。我们专注于两类具有不同几何形状的强加模型流的反应增强和猝灭现象：周期剪切流和细胞流。我们主要感兴趣的是快速平流区。我们发现剪切流中的整体燃速v满足v ~ a*U+b，其中U是典型的流速，a是一个常数，取决于流动的振荡长度尺度与层流前缘厚度之间的关系。对于细胞流，我们得到v ~ U^{1/4}。我们还研究了火焰熄灭（淬火）的点火型反应规律和compensated支持的初始数据的标量场。我们发现，在剪切流中，尺寸W的火焰通常可以被振幅为U ~ α *W的流淬灭。常数α取决于流动的几何形状，如果流动剖面具有大于临界尺寸的平台，则常数α趋于无穷大。在胞状流中，我们发现，如果胞状流的尺寸小于一个临界值，则猝灭所需的平流强度为U ~ W^4。
2002-12-16 physics.flu-dyn
Evolution of lean hydrogen-air premixed flames under high-frequency acoustic forcing: flame morphology and displacement speed
School of Engineering, Newcastle University（纽卡斯尔大学工程学院）；Department of Engineering, University of Cambridge（剑桥大学工程系）
研究了高频声学强迫下氢气-空气预混火焰的演化，分析了火焰形态变化及位移速度与等效比、频率的关系，揭示了热扩散不稳定性与流体动力学不稳定性对火焰行为的影响。
2026-05-14 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
Modeling pressure effects on the turbulent burning velocity for lean hydrogen/air premixed combustion
我们调查和模型的压力对湍流燃烧速度在很宽的压力和湍流强度的直接数值模拟（DNS）的统计平面湍流预混火焰贫氢/空气混合物。DNS的结果表明，拉伸因子的湍流燃烧速度和火焰表面面积的影响，在升高的压力。特别是，在高压下的增强拉伸因子增加了湍流和层流燃烧速度的比率，减少了“弯曲”效应。基于湍流和层流燃烧速度与火焰拉伸之间的良好一致性，采用由层流火焰数据形成的查找表来模拟不同压力下湍流火焰中的拉伸因子。结合拉伸因子和火焰表面积的子模型，建立了湍流燃烧速度的预测模型。模型预测和DNS结果之间的整体良好的协议表明，所提出的模型是能够定量预测的湍流燃烧速度在很宽的范围内的压力和湍流强度均匀各向同性湍流。
2019-11-25 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
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
Acoustic radiation of thermodiffusively unstable turbulent lean premixed hydrogen-air flames
Polytechnic University of Bari（巴里理工大学）；CERFACS（法国燃烧研究与交流中心）；Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, IMFT, Université de Toulouse, CNRS（图卢兹大学CNRS图卢兹流体力学研究所）
研究热扩散效应如何影响湍流预混槽喷嘴火焰的燃烧噪声，通过直接数值模拟比较了两种热扩散不稳定稀薄氢气-空气火焰与一种热稳定化学计量甲烷-空气火焰，发现热扩散效应显著改变热释放率波动和火焰表面动态，提出扩展经典火焰let理论的理论框架，揭示火焰拉伸是促进噪声辐射的关键机制。
2026-03-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mesoscale Turbulence in Type Ia Supernova Deflagrations II. Evidence for Fuel Preheat Due to Flame Thermal Expansion from Lagrangian Analysis
Washington State University（华盛顿州立大学）；Kharkiv Institute of Physics and Technology（哈尔科夫物理与技术研究所）；Florida State University（佛罗里达州立大学）
本研究通过拉格朗日示踪粒子分析揭示，Ia型超新星爆燃火焰的热膨胀通过声波压力平衡将内部能量转为热能，预热燃料并显著缩短点火时间，影响范围超过层流火焰厚度。
2026-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.data-an
Coordinate-free description of corrugated flames with realistic density drop at the front
波纹火焰前的完整的流体动力学方程组减少到一个系统的坐标自由方程在前面使用的事实，涡的影响仍然相对较弱，即使波纹火焰。它表明如何小，但有限的火焰厚度可以考虑在方程。在小火焰区的湍流燃烧得到类似的方程。湍流波纹火焰的方程与外部湍流稳定的泰勒假设是一致的。
2012-10-30 math-ph math.MP 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
Effects of gravity on lean hydrogen/air flame instability: From linear scaling law to nonlinear morphology evolution
Peking University（北京大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
研究重力对稀薄氢/空气火焰线性增长率及非线性形态演化的影响，揭示重力与弗罗德数间的通用缩放定律，分析重力对火焰结构的抑制与促进作用。
2026-03-30 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
Hierarchical Multi-Fidelity Learning for Predicting Three-Dimensional Flame Wrinkling and Turbulent Burning Velocity
Department of Mechanical and Industrial Engineering, Northeastern University, Boston, MA 02115, USA（机械与工业工程系，东北大学，波士顿，马萨诸塞州，02115，美国）；School of Mechanical Engineering, University of Leeds, Leeds, UK（机械工程学院，利兹大学，利兹，英国）
本文提出分层多保真神经网络框架MuFiNNs，通过整合稀疏高保真实验数据与结构化低保真表示，有效预测三维火焰褶皱和湍流燃烧速度，克服了高保真实验数据获取的限制。
2026-05-06 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
