基于白噪声信号的旋流预混火焰传递函数的数值模拟

《基于白噪声信号的旋流预混火焰传递函数的数值模拟》是一篇探讨燃烧过程中火焰传递函数特性的研究论文。该论文聚焦于旋流预混火焰在白噪声激励下的动态响应，旨在通过数值模拟的方法揭示火焰对输入扰动的敏感性及其非线性特性。旋流预混燃烧广泛应用于燃气轮机、工业锅炉和内燃机等设备中，其燃烧稳定性与火焰传递函数密切相关。因此，研究旋流预混火焰的传递函数对于优化燃烧系统设计、提高燃烧效率以及减少污染物排放具有重要意义。

论文首先介绍了火焰传递函数的基本概念，即火焰对输入扰动（如速度或燃料浓度的变化）的响应程度。火焰传递函数通常被定义为火焰面振幅随频率变化的关系，是评估燃烧系统稳定性的关键参数之一。在旋流预混燃烧中，由于气流的旋转运动和混合过程的复杂性，火焰传递函数的表现可能呈现出显著的非线性和多频特性。因此，如何准确捕捉这些特性成为研究的重点。

为了研究旋流预混火焰的传递函数，论文采用了一种基于白噪声信号的数值模拟方法。白噪声是一种在所有频率上具有相同功率密度的随机信号，能够有效激发系统的多种动态行为。通过将白噪声作为输入信号施加于燃烧系统，可以全面分析火焰对不同频率扰动的响应情况。这种方法相较于传统的正弦波激励方式，能够更真实地反映实际燃烧环境中的复杂扰动条件。

在数值模拟部分，论文采用了计算流体力学（CFD）方法，结合湍流模型和化学反应模型对旋流预混燃烧过程进行仿真。具体而言，使用了大涡模拟（LES）方法来捕捉湍流结构的细节，并引入有限速率化学反应模型来描述燃料与氧化剂的混合与燃烧过程。此外，为了准确预测火焰的动态行为，还采用了多步化学反应机制，并考虑了热传导和质量扩散的影响。

论文通过一系列数值实验，分析了旋流预混火焰在不同白噪声激励下的传递函数特性。结果表明，火焰对高频扰动的响应较弱，而对低频扰动更为敏感。这一现象与旋流燃烧中火焰面的物理结构和流动特征密切相关。同时，研究还发现，旋流强度和燃料当量比对火焰传递函数的形状有显著影响。较高的旋流强度可能导致火焰面的不稳定性增强，从而改变传递函数的频率分布。

除了对火焰传递函数的定量分析外，论文还讨论了数值模拟方法的有效性与局限性。例如，尽管白噪声激励能够提供丰富的动态信息，但其处理和分析过程较为复杂，需要大量的计算资源。此外，数值模拟结果的准确性依赖于所选用的湍流模型和化学反应模型的合理性。因此，在实际应用中，还需进一步验证和优化这些模型。

综上所述，《基于白噪声信号的旋流预混火焰传递函数的数值模拟》是一篇具有重要理论和实践价值的研究论文。它不仅深入探讨了旋流预混火焰在白噪声激励下的动态响应特性，还为燃烧系统的稳定性分析和优化设计提供了新的思路和方法。随着计算技术的不断发展，此类研究有望在未来推动燃烧技术的进步，为能源利用和环境保护做出更大贡献。