層流多維火焰面生成流形方法的研究.pdf

1、對于復雜的包含多組分的燃燒化學反應系統(tǒng)，直接求解詳細反應機理方法需要的計算量通常難以承受，因此需要在?；^程中采用降低維度的方法來降低計算量。固有低維流形(ILDM)和計算奇異攝動(CSP)等方法被引入燃燒化學反應過程的簡化計算中，同時基于以上思想提出了如火焰固有流形延伸(FPI)以及火焰面生成流形(FGM)等進階計算方法，通過在原有的ILDM方法基礎上加入了擴散等流動效應的影響，提高了模型模擬的精度。在FGM方法中，通過計算火焰面方程

2、生成一系列的低維流形來捕捉火焰前沿的主要結(jié)構(gòu)特征。通過流動和化學反應過程的解耦，可以大大簡化求解燃燒場所需的計算量?；陬A混和擴散火焰面的FGM方法已經(jīng)被成功地應用于層流和湍流火焰數(shù)值模擬中，但對于受多種火焰機制控制的復雜燃燒結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的火焰面模型方法無法準確還原當?shù)氐幕鹧娼Y(jié)構(gòu)。譬如基于擴散火焰面的FGM不能模擬部分預混火焰中的傳播特征，而基于預混火焰面的FGM無法捕捉等混合分數(shù)面之間的擴散過程。不能較好的反映等混合物分數(shù)面之間的擴散效

3、應。
　　為了解決以上問題，由Nguyen等提出了多維火焰面生成流形的方法。基本思路為從化學反應流的基本方程出發(fā)，得到多維組分空間中的火焰面方程，進而發(fā)展為多維火焰面生成流形方法。例如在部分預混火焰模擬中，可以選取混合物分數(shù)Z以及火焰面反應進度變量Yc作為組分空間的坐標。通過同時求解擴散項和預混項對火焰面方程的貢獻來捕捉火焰中的部分預混特征，從而通過增加求解維數(shù)的方法提高了火焰面模型的精度。該模型可以較好地處理擴散和預混兩個不同的

4、火焰特征，能夠更好地用于部分預混火焰的數(shù)值模擬。
　　本文采用火焰面坐標變換的方法，對常用的一維化學熱力學建表方法，如層流穩(wěn)態(tài)火焰面模型、預混火焰面生成流形方法等進行了詳細分析，驗證了不同建表方法在不同火焰機制中的適用范圍。進一步分析了采用不同火焰面建表參數(shù)對層流穩(wěn)態(tài)火焰面模型模擬精度的影響，同時對采用主元分析方法(PCA)重新定義火焰面反應進度變量進行了研究。在對一維火焰面模型的研究基礎上，進一步依據(jù)多維火焰面生成流形的思路，發(fā)

5、展了兩種新的多維火焰面建表方法:基于對多維火焰面方程中的標量耗散率采用交互迭代修正的交互式多維火焰面生成流形方法，以及引入歸一化的反應進度變量c替換火焰面進度變量Yc作為火焰面坐標得到的Z-c多維火焰面生成流形方法。通過對具有三岔火焰特征的層流抬舉火焰以及一系列對撞部分預混火焰的模擬，采用直接求解詳細化學反應方法的解作為參照解，以驗證新的多維火焰面方法的精度，并與原有的基于一維預混FGM方法所得到的解進行了對比。數(shù)值模擬結(jié)果表明，多維火