预混合火焰的流燃烧速度和热扩散不稳定性
Hsu Chew Lee1,2, B Wu1, Peng Dai1
1Guangdong Provincial Key Laboratory of Turbulence Research and Applications, Department of Mechanics and Aerospace Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, People's Republic of China.
热扩散的不稳定性显著提高了在弱流中流的燃烧速度. 然而,这种效应在中度流的火焰中减弱,表明不稳定.
科学领域:
- 燃烧科学是一种科学.
- 流体动力学 流体动力学
- 化学动力学 化学动力学
背景情况:
- 了解乱环境中的火焰传播对于高效的燃烧至关重要. 层状火焰中的热扩散不稳定性可以影响流性燃烧特性. 精简的气混合物对于清洁能源应用具有重要意义.
- 路易斯数,表示热扩散率与质量扩散率的比率,在火焰稳定性中起着关键作用. 低的易斯数可以导致火焰不稳定.
研究的目的:
- 为了数值地研究热扩散不稳定性对稀疏气火焰的流燃烧速度的影响.
- 确定临界长度尺度 (Λn),以区分稳定和不稳定的层状燃烧模式.
- 分析相对于 Λn 的计算域宽度变化如何影响不同流强度下的流火焰行为.
主要方法:
- 不稳定的三维直接数值模拟 (DNS) 层状和流火焰.
- 计算域宽度 (Λ) 的系统变化以确定关键长度尺度 (Λn).
- 模拟以混合物平均运输特性 (低易斯数) 和相同的扩散性 (均扩散火焰) 进行.
- 分析不同流水平 (卡洛维茨数) 的流燃烧速度 (UT).
主要成果:
- 当域宽度 Λ 在弱流中超过临界长度尺度 Λn 时,观察到流燃烧速度 (UT) 的显著增加.
- 在中度流的火焰中 (卡洛维茨数≥3.4),UT值对于 Λ < Λn 和 Λ > Λn 几乎相同,表明抑制的不稳定性效应.
- 该研究以数值方式确定了稀疏气火焰的临界长度尺度Ln.
结论:
- 层状预混合火焰的热扩散不稳定性对流的燃烧速度产生重大影响,主要是在弱流条件下.
- 热扩散不稳定性对流燃烧速度的影响随着流强度的增加而显著减少.
- 这些发现与理论标准一致,这些理论标准表明不稳定性影响在较少动荡的条件下最明显.
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