On the validity of Damköhler's second hypothesis in statistically planar turbulent premixed flames in the thin reaction zones regime
On the validity of Damköhler's second hypothesis in statistically planar turbulent premixed flames in the thin reaction zones regime
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关于薄反应区状态下统计平面湍流预混火焰中 Damköhler 的第二个假设的有效性
DOI：
10.1016/j.proci.2020.07.128
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
R.S. Cant
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
N. Chakraborty;D. Alwazzan;M. Klein;R.S. Cant
Damköhler的第二个假设的有效性，该假设最初是针对大尺度湍流时间尺度小于化学时间尺度和积分长度尺度小于火焰厚度的条件下的预混燃烧提出的。利用统计平面湍流预混火焰受强迫未燃烧气体湍流的三维DNS数据库，评估了Damköhler和Karlovitz数范围（即0.2≤Da≤3.0和0.58≤Ka≤33.34）。已经发现，Damköhler的第一个假设仍然有效的所有情况下考虑在这项工作中，不管燃烧制度。相比之下，Damköhler的第二个假设在严格意义上并不适用于Damköhler数值较小的薄反应区状态火焰。然而，在薄反应区，对于湍流强度高、Damköhler数低的火焰，经层流燃烧速度归一化的湍流火焰速度之比与湍流扩散系数与质量扩散系数之比的平方根收敛于一个单位数量级的值。在这种情况下，在数量级意义上，Damköhler的第二个假设可以被认为与Damköhler的第一个假设一起有效。利用火焰表面密度传输方程中切向应变率和曲率项的平衡进行了标度分析，以证明Damköhler的第二个假设仅在一个数量级意义上对具有小Damköhler数值的薄反应区状态火焰有效。
The validity of Damköhler's second hypothesis, which was originally proposed for premixed combustion for conditions where the large scale turbulent timescale remains smaller than the chemical timescale and the integral length scale remains smaller than the flame thickness, has been assessed for a range of Damköhler and Karlovitz numbers (ie 0.2≤ D a≤ 3.0 and 0.58≤ K a≤ 33.34) using a three-dimensional DNS database of statistically planar turbulent premixed flames subjected to forced unburned gas turbulence. It has been found that Damköhler's first hypothesis remains valid for all cases considered in this work irrespective of the combustion regime. By contrast, Damköhler's second hypothesis does not hold in the strict sense for the thin reaction zones regime flames with small values of Damköhler number. However, the ratio of the turbulent flame speed normalised by laminar burning velocity and the square root of the ratio of turbulent diffusivity to mass diffusivity converges to a value of the order of unity for the flames with high turbulence intensity and low Damköhler number in the thin reaction zones regime. Under this condition, Damköhler's second hypothesis, in an order of magnitude sense, can be considered to be valid alongside Damköhler's first hypothesis. A scaling analysis has been carried out using the equilibrium of the tangential strain rate and curvature terms in the Flame Surface Density transport equation to demonstrate that Damköhler's second hypothesis can be expected to be valid only in an order of magnitude sense for the thin reaction zones regime flames with small values of Damköhler number.
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