局部时间步法在低马赫燃烧模拟中的适用性研究

在复杂燃烧模拟中由于整场流速的不均匀性和局部网格尺寸的差异,各局部流场区域的CFL数差异较大.传统的基于整场最大CFL数定义的整体时间步法严重制约计算效率.本文首次考察了基于当地CFL数限制的局部时间步法在低马赫数湍流燃烧模拟中的适用性.对开放空间中甲烷池火(1065万网格)和封闭空间建筑火灾(320万网格)的大涡模拟表明,采用局部时间步法相比于整体时间步法分别实现了6倍和8倍的加速比.加速比随网格尺度减小呈增加趋势.研究进一步从两个方面验证了局部时间步法在低马赫数燃烧模拟中的准确性:①与实验数据的对比表明,由于低马赫数燃烧的准稳态特性,局部和整体时间步法均较为准确地预测了温度的时间变化特性;②对时均流场的比较表明,除微量痕迹物(质量分数小于0.1％)以外,两种方法对时均温度、时均速度和氧气体积分数的预测差异均较小.研究中还对现有的PaSR湍流燃烧模型和压力求解算法进行了改进和优化,以分别提高其物理准确性和鲁棒性.