Pressure gradient tailoring effects on vorticity dynamics in the near-wake of bluff-body premixed flames
Pressure gradient tailoring effects on vorticity dynamics in the near-wake of bluff-body premixed flames
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压力梯度剪裁对钝体预混火焰近尾流涡度动力学的影响
DOI：
10.1016/j.proci.2022.09.064
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发表时间：
2023
影响因子：
3.4
通讯作者：
Hamlington, Peter E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Whitman, Samuel H.R.;Souders, Tyler J.;Meehan, Michael A.;Brasseur, James G.;Hamlington, Peter E.
本文研究了钝体稳定预混火焰在近尾流中的发展过程中平均流向压力梯度的作用。为此，三角形棱柱火焰保持器位于三种不同的通道几何形状中：具有直壁的标称壳体、具有较强平均压力梯度的喷嘴和具有相对较弱平均压力梯度的扩散器。所有几何结构都使用嵌入式边界来实现，并且自适应网格细化用于局部解析所有相关的热（即，火焰）和流体机械（即，涡度）尺度。一个预混丙烷火焰，建模使用66步骨架机制，相互作用的涡在边界层中的三角形海崖体的存在下，每个平均压力梯度。对火焰相关涡度拟能预算项的分析揭示了两种情况下斜压扭矩行为的关键差异，其具体情况与平均流结构、回流区结构和约束效应的较大变化有关。我们的研究结果表明，斜压扭矩显着变化之间的配置，喷嘴表现出最大的斜压扭矩生产。然而，这些差异被证明是唯一的次要后果的背景压力梯度，与主要后果是在回流区长度的变化导致不同的通道配置。这些结果是相关的火焰稳定与海崖体，在全球平均压力梯度的敏感性的清楚的理解是重要的工程设计。
We investigate the role of mean streamwise pressure gradients in the development of a bluff-body-stabilized premixed flame in the near-wake of the bluff body. To this end, a triangular prism flame holder is situated in three different channel geometries: a nominal case with straight walls, a nozzle with a stronger mean pressure gradient, and a diffuser with a comparatively weaker mean pressure gradient. All geometries are implemented using embedded boundaries, and adaptive mesh refinement is used to locally resolve all relevant thermal (i.e., flame) and fluid-mechanical (i.e., vorticity) scales. A premixed propane flame, modeled using a 66-step skeletal mechanism, interacts with vorticity in the boundary layer of the triangular bluff body in the presence of each mean pressure gradient. Analysis of flame-related enstrophy budget terms reveals key differences in the behavior of baroclinic torque between cases, the specifics of which are tied to larger variations in the mean flow structure, recirculation zone structure, and confinement effects. Our results show that the baroclinic torque changes significantly among the configurations, with the nozzle exhibiting the largest baroclinic torque production. However, these differences are shown to be only a secondary consequence of the background pressure gradient, with the primary consequence being the change in the recirculation zone length resulting from the different channel configurations. These results are relevant for flame stabilization with bluff bodies, where clear understanding of the sensitivities to global mean pressure gradient is important to engineering design.
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