基于伯恩斯坦分解条件源项估计模型（BDCSE）的湍流预混火焰响应分析及其在燃烧不稳定性预测中的应用

本综述首次将伯恩斯坦分解条件源项估计模型（BDCSE）与简化化学建表方法结合，在大涡模拟（LES）框架下分析了乙烯-空气湍流预混火焰对入口速度脉动的非线性响应。研究通过火焰描述函数（FDF）量化了40 Hz和160 Hz强迫频率下的线性与非线性响应特性，为工业燃烧器不稳定性预测提供了低成本高精度的计算工具。

　　

Highlight

本研究首次实现了伯恩斯坦分解条件源项估计（BDCSE）方法在大涡模拟（LES）框架中的应用，通过简化化学建表策略降低了计算成本。在实验室尺度钝体稳定燃烧器中，对贫燃乙烯-空气预混火焰施加40 Hz和160 Hz的主动频率激励，发现160 Hz高频大振幅下出现非线性响应现象。数值模拟表明BDCSE能有效捕捉线性和非线性区域的火焰动力学行为，但简化化学模型在熄火效应表征方面存在局限。

Section snippets（节选概要）

Theory and governing equations（理论与控制方程）

采用轨迹生成低维流形（TGLDM）简化化学反应机理，该方法是基于本征低维流形（ILDM）理论的改进版本。通过伯恩斯坦多项式对条件标量进行低阶逼近，显著降低了传统条件源项估计（CSE）模型的未知量数量。

Geometry, boundary conditions and numerical modeling（几何结构、边界条件与数值建模）

选用Balachandran等实验研究的钝体稳定燃烧器构型，计算域包含主域和延伸域。入口采用湍流合成涡方法生成脉动，壁面处理采用绝热与非绝热混合模型，化学反应通过两变量（混合分数与反应进度）的简化建表方法实现。

Results（结果分析）

通过非反应流、无激励反应流和受迫反应流三阶段验证：冷态流场预测与实验数据高度吻合；无激励火焰结构重建准确；受迫响应预测中，40 Hz全振幅范围和160 Hz低振幅范围均呈现线性响应，而160 Hz高振幅区成功捕捉到非线性跃变特征，但热释放率相位预测存在偏差。

Conclusion（结论）

BDCSE模型在LES框架中首次成功应用于钝体稳定火焰的动态响应预测，在线性区域表现优异，非线性区域的偏差主要源于简化化学模型对局域熄火效应的表征不足。该工作为工业燃烧器不稳定性预警提供了新型计算工具。