湍流燃烧的影响和封闭问题

在各类动力设备的燃烧过程中，比如锅炉燃烧器、燃气轮机、内燃机和航空发动机等，湍流都是不可避免或者不可或缺的。湍流使工程中的燃烧问题变得十分复杂。在扩散火焰中湍流会对燃料与氧化剂的混合产生影响，而在预混火焰中湍流则会改变火焰的传播速度。湍流通过强化混合而影响时均化学反应速率和化学反应放热过程，如何定量描述和确定这种相互作用是湍流燃烧研究的一个重要内容。由于湍流的影响，化学反应中组分浓度和温度以及化学反应速率都是随时间而脉动的。因而，在湍流燃烧的数值模拟中，不仅要面临湍流流动问题——经典物理学中所遗留的最困难的问题之一，以及脉动标量输运方程如何处理的问题，而且还要面临湍流燃烧所特有的，湍流与化学反应相互作用导致的平均化学反应速率的模拟困难。湍流燃烧模拟最基本的问题就是反应速率的时均值不等于时均值表示的反应速率，常称之为反应源项的封闭问题。

湍流扩散燃烧，它相对于湍流预混燃烧来说最大也是最为显著的问题就是：扩散火焰没有传播，也就没有传播速度，因而也就没有其固有的特征速度，火焰厚度也依赖于由动力学控制的燃料与氧化剂之间的混合层的厚度，因而也没有固有的特征长度。许多研究者根据自己的研究经验采用不同的尺度来区分湍流火焰：

（1）采用Re数来表征湍流机制，选用Da数来表征反应区。(www.xing528.com)

（2）利用得到的混合分数场中标量方差来描述湍流混合，采用Da数表征火焰。

（3）描述湍流扩散火焰速度比率（湍流强度和预混火焰速度之比）和长度比率（积分长度尺度与层流预混火焰厚度之比）重新整合，并引入混合分数空间火焰厚度作为辅助的长度尺度来描述湍流扩散火焰。