本研究通过直接数值模拟探讨了层流边界层火焰中纹影受横向流动扰动的影响：从无扰动到自由流湍流及稳态正弦扰动的动力学

《Combustion and Flame》：The effect of crossflow perturbations on streaks in laminar boundary layer flames

本篇研究利用直接数值模拟（DNS）深入分析了层流边界层火焰在三种横向流动（crossflow）扰动状态下的纹影（streaks）行为，包括无扰动、自由流湍流（0.03%≤TI≤1%）扰动以及模仿人工纹影的稳态正弦扰动。结果揭示了纹影的起始、增长和形态高度依赖于初始扰动条件，并确认了其受瑞利-泰勒不稳定性（RTI）的支配。研究发现扰动类型不仅决定了纹影的增长速率和波数，还对向邻近表面的热通量（heat flux）有显著影响。这项基础研究为理解边界层火焰在风驱野火（wildfire）传播和扩散火焰工程应用中的燃料消耗及表面加热机制提供了关键的物理洞见。

　　

关键亮点 (Highlights)

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  本研究首次对层流边界层火焰进行了模拟，并探讨了横向流动扰动状态对纹影发展的作用，填补了先前实验研究的空白。
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  结果确认了瑞利-泰勒不稳定性（RTI）的存在，并显示引入的扰动决定了扰动增长和波数，且极大地影响了向邻近表面的热通量。
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  研究所揭示的基本物理原理，为理解燃料消耗和对邻近表面的加热提供了关键性提升。依赖于此的实际应用包括风驱情境下的野火传播和扩散火焰工程设置。

不稳定的纹影 (Unsteady streaks)

如图2.3所示，火焰附着于底部表面直至下游很远的地方，这是边界层火焰的典型特征。燃烧仅发生在火焰的顶部和侧面表面，这些地方有空气被卷吸进入，这解释了火焰的拉长形态。在更下游（本例中大约在x = 0.9 m处），流动变为浮力驱动，羽流从壁面分离。这种行为在所有模拟中是一致的。

在横向流动无扰动的情况下，火焰表面在达到约x = 0.8 m之前保持光滑。超过此点，火焰表面开始出现扰动。尽管纹影出现的时间较晚，但其振幅仍然很小，并表现出蜿蜒曲折的特性。

结论 (Conclusions)

本研究通过数值模拟层流边界层火焰，旨在确定横向流动扰动对流向火焰纹影起始和增长的作用。考虑了几种横向流动扰动状态：无扰动、低湍流强度（≤1%）的自由流湍流扰动，以及具有不同振幅和波数的稳态正弦扰动。

结果表明，纹影的产生不需要横向流动扰动，它们保持非稳态并表现出蜿蜒特性。