[论文解读] Theory of DDT in Unconfined Flames

A. M. Khokhlov, Elaine S. Oran+1 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 1996

Combustion and Detonation Processes参考文献 7被引用 5

一句话总结

本文提出了一套理论框架，用于预测非受限湍流火焰中的爆轰起始，提出湍流混合与局部火焰熄灭共同作用，形成诱导时间的必要梯度，从而触发 DDT。该模型基于爆轰波厚度、层流火焰速度和火焰厚度推导出一个下限判据，识别出在无激波预热或壁面效应条件下 DDT 可能或不可能发生的参数区域。

ABSTRACT

This paper outlines a theoretical approach for predicting the onset of detonation in unconfined turbulent flames which is relevant both to problems of terrestrial combustion and to thermonuclear burning in Type Ia supernovae. Two basic assumuptions are made: 1) the gradient mechanism is the inherent mechanism that leads to DDT in unconfined conditions, and 2) the sole mechanism for preparing the gradient in induction time is by turbulent mixing and local flame quenching. The criterion for DDT is derived in terms of the one-dimensional detonation wave thickness, the laminar flame speed, and the laminar flame thickness in the reactive gas. This approach gives a lower-bound criterion for DDT for conditions where shock preheating, wall effects, and interactions with obstacles are absent. Regions in parameter space where unconfined DDT can and cannot occur are determined. A subsequent paper will address these issues specifically in the astrophysical context.

研究动机与目标

• 为非受限湍流火焰中的爆轰转变（DDT）建立理论基础，该研究与地球上的燃烧及天体物理热核燃烧均相关。
• 识别在无壁面、障碍物或激波预热条件下的 DDT 内在驱动机制。
• 基于基本的火焰与爆轰参数，定义 DDT 的下限判据。
• 在参数空间中划定在理想非受限条件下 DDT 可能或不可能发生的区域。
• 为后续天体物理应用奠定基础，特别是 Ia 型超新星。

提出的方法

• 假设梯度机制是非受限条件下 DDT 的主要驱动力。
• 将诱导时间梯度建模为仅由湍流混合与局部火焰熄灭引起。
• 基于一维爆轰波厚度、层流火焰速度与层流火焰厚度，推导出 DDT 的临界判据。
• 利用一维反应流理论，分析在理想非受限条件下从火焰向爆轰的转变过程。
• 将模型应用于识别 DDT 起始的参数空间边界，排除激波预热与壁面效应的影响。
• 通过假设最小扰动影响，建立 DDT 起始的下限预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无壁面或障碍物的非受限湍流火焰中，是什么内在机制触发 DDT？
• RQ2 湍流混合与局部火焰熄灭如何产生 DDT 所需的诱导时间梯度？
• RQ3 在非受限条件下，决定 DDT 是否能发生的最小参数集是什么？
• RQ4 在所提出的模型下，DDT 在参数空间的哪些区域被预测为可能或不可能？
• RQ5 所推导的判据与真实燃烧场景及 Ia 型超新星情景有何关联？

主要发现

• 梯度机制被确定为非受限火焰中 DDT 的主导内在路径径。
• 证明在无外部影响下，湍流混合与局部火焰熄灭是诱导时间梯度的唯一来源。
• 基于爆轰波厚度、层流火焰速度与层流火焰厚度，推导出 DDT 的下限判据。
• 该模型在理想非受限条件下明确定义了 DDT 可能或不可能发生的参数空间边界。
• 该框架为后续研究中分析天体物理背景下的 DDT（特别是 Ia 型超新星）提供了基础。
• 由于排除了激波预热与壁面效应，使得 DDT 起始的预测达到最小化且具有解析可解性。