湍流球形稀薄预混氢/空气火焰中基于有限速率化学燃烧模型的前瞻性与回顾性研究

本文创新性地通过直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)对稀薄预混H2/空气火焰的湍流燃烧速度(ST)预测进行系统评估，首次揭示了搅拌反应器(WSR)模型在空间滤波响应与湍流相互作用中的矛盾表现，并提出改进的火焰增厚模型(TFM)效率函数校正方法，为氢能发动机燃烧优化提供重要理论支撑。

　　

Highlight

本研究首次发现并阐释了搅拌反应器(WSR)模型在具有强热扩散效应的湍流稀薄预混氢火焰中表现出的矛盾现象：前瞻性(DNS)分析表明WSR会高估湍流燃烧速度(S_T)，这与空间滤波操作引起的局部反应速率响应相关；而回顾性(LES)测试却显示该模型显著低估S_T，源于其未能充分捕捉火焰不稳定性与湍流的协同作用。

Conclusions

通过DNS和LES对发动机工况下球形稀薄H₂/空气火焰的研究表明：

1）WSR模型在LES中低估S_T的现象，源于其无法准确反映热扩散不稳定性与湍流对火焰褶皱的增强作用；

2）火焰增厚模型(TFM)虽通过增厚火焰增强局部反应活性，但会抑制火焰褶皱，需引入效率函数校正因子才能显著改善预测精度；

3）研究强调在解释有限速率化学(FRC)燃烧模型的前瞻性结果时需要谨慎，并为优化TFM等模型提供了新思路。