湍流火焰空间填充特性的周期性调制导致周期性的尖峰状热释放振荡

《Physical Review E》：Periodic modulation of the space-filling nature of the turbulent flame leads to periodic spiky heat release oscillations

　　尖峰振荡具有快慢动力学特征，常见于神经元膜和心肌细胞等可兴奋介质中。在湍流反应流系统中，我们观察到热释放率呈现与正弦周期声压振荡同步的自持续周期性尖峰振荡。这些自持续振荡是热声不稳定的结果，源于声场与热释放率场之间的正反馈。热释放率波动的主要机制之一是火焰拓扑结构的调制，火焰是分隔反应物与产物的薄界面。本研究探讨了火焰空间填充特性的动力学行为，以分形维数量化，并分析其与湍流反应流系统中尖峰热释放率振荡的关系。我们发现，火焰空间填充特性的周期性振荡导致周期性的尖峰热释放率振荡。基于这一结果，我们证明在湍流反应流系统中，当热释放率与声压振荡处于广义同步动力学状态时，热释放率的尖峰振荡可近似为 \(e^{\sin(\omega t)}\)。在同步理论中，广义同步的特征是相互作用子系统之间出现涌现的函数关系 \(\Phi\)。我们揭示了湍流反应流系统中热释放率与声压振荡之间的这一涌现函数关系。本研究的意义不在于具体的数学表达式，而在于揭示了分形维数的周期性调制导致了周期性的尖峰振荡。