層流多維火焰面生成流形方法的研究.pdf

1、對于復(fù)雜的包含多組分的燃燒化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，直接求解詳細(xì)反應(yīng)機(jī)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(xué)反應(yīng)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(jìn)階計算方法，通過在原有的ILDM方法基礎(chǔ)上加入了擴(kuò)散等流動效應(yīng)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(xué)反應(yīng)過程的解耦，可以大大簡化求解燃燒場所需的計算量?；陬A(yù)混和擴(kuò)散火焰面的FGM方法已經(jīng)被成功地應(yīng)用于層流和湍流火焰數(shù)值模擬中，但對于受多種火焰機(jī)制控制的復(fù)雜燃燒結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的火焰面模型方法無法準(zhǔn)確還原當(dāng)?shù)氐幕鹧娼Y(jié)構(gòu)。譬如基于擴(kuò)散火焰面的FGM不能模擬部分預(yù)混火焰中的傳播特征，而基于預(yù)混火焰面的FGM無法捕捉等混合分?jǐn)?shù)面之間的擴(kuò)散過程。不能較好的反映等混合物分?jǐn)?shù)面之間的擴(kuò)散效

3、應(yīng)。
　　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(xué)反應(yīng)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(jìn)而發(fā)展為多維火焰面生成流形方法。例如在部分預(yù)混火焰模擬中，可以選取混合物分?jǐn)?shù)Z以及火焰面反應(yīng)進(jìn)度變量Yc作為組分空間的坐標(biāo)。通過同時求解擴(kuò)散項和預(yù)混項對火焰面方程的貢獻(xiàn)來捕捉火焰中的部分預(yù)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(kuò)散和預(yù)混兩個不同的

4、火焰特征，能夠更好地用于部分預(yù)混火焰的數(shù)值模擬。
　　本文采用火焰面坐標(biāo)變換的方法，對常用的一維化學(xué)熱力學(xué)建表方法，如層流穩(wěn)態(tài)火焰面模型、預(yù)混火焰面生成流形方法等進(jìn)行了詳細(xì)分析，驗證了不同建表方法在不同火焰機(jī)制中的適用范圍。進(jìn)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(yīng)進(jìn)度變量進(jìn)行了研究。在對一維火焰面模型的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)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(biāo)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(yīng)進(jìn)度變量c替換火焰面進(jìn)度變量Yc作為火焰面坐標(biāo)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(yù)混火焰的模擬，采用直接求解詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)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(yù)混FGM方法所得到的解進(jìn)行了對比。數(shù)值模擬結(jié)果表明，多維火