Abstract The response of laminar methane/air counterflow premixed flames under sinusoidal equivalence ratio oscillation was investigated numerically. The timescales of the oscillation were chosen to be sufficiently longer than the flame timescale so that the flame responds quasi-steadily. The response of periodically stratified flame (SF) with a detailed reaction mechanism exhibited the “back-support” effect, in that the consumption speed Sc response deviated increasingly from Sc of steady homogeneous flames (HFs) at higher oscillation frequencies. It was shown that even when the imposed oscillation timescale is much longer than the flame timescale, the flame response can still be delayed under a sufficiently large equivalence ratio gradient. Subsequently, the above results were compared with those obtained with a global four-step mechanism that omits back-diffusion radicals into the reaction zone. As a result, SFs with the global mechanism displayed a much smaller back-support effect in both lean and rich mixtures. Further analysis with modified diffusion coefficients revealed the dominant roles of H2 and radical species diffusion in inducing the back-support effect. Contrary to the previous findings, variations in burned gas temperature were found to play a negligible role in modifying Sc. Additionally, the hysteresis of the back-support effect under periodical stratification was found to be more prominent on the richer side because of the presence of a larger H2 pool.

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低频成分波动的逆流预混火焰特性

摘要 数值研究了正弦当量比振荡下层流甲烷/空气逆流预混火焰的响应。选择振荡的时间尺度比火焰时间尺度足够长，以便火焰准稳定地响应。具有详细反应机制的周期性分层火焰 (SF) 的响应表现出“支持”效应，因为在较高振荡频率下，消耗速度 Sc 响应越来越偏离稳定均质火焰 (HF) 的 Sc。结果表明，即使施加的振荡时间尺度远长于火焰时间尺度，在足够大的当量比梯度下，火焰响应仍然可以延迟。随后，将上述结果与通过省略反向扩散自由基进入反应区的全局四步机制获得的结果进行比较。因此，具有全局机制的 SFs 在稀和浓混合物中都显示出更小的后支撑效应。对修正扩散系数的进一步分析揭示了 H2 和自由基物质扩散在诱导背支撑效应中的主导作用。与之前的发现相反，发现燃烧气体温度的变化在改变 Sc 方面的作用可以忽略不计。此外，由于存在较大的 H2 池，发现周期性分层下的后支撑效应的滞后在较丰富的一侧更为突出。具有全局机制的 SF 在稀混合物和浓混合物中都显示出小得多的后支撑效应。对修正扩散系数的进一步分析揭示了 H2 和自由基物质扩散在诱导背支撑效应中的主导作用。与之前的发现相反，发现燃烧气体温度的变化在改变 Sc 方面的作用可以忽略不计。此外，由于存在较大的 H2 池，发现周期性分层下的后支撑效应的滞后在较丰富的一侧更为突出。具有全局机制的 SF 在稀混合物和浓混合物中都显示出小得多的后支撑效应。对修正扩散系数的进一步分析揭示了 H2 和自由基物质扩散在诱导背支撑效应中的主导作用。与之前的发现相反，发现燃烧气体温度的变化在改变 Sc 方面的作用可以忽略不计。此外，由于存在较大的 H2 池，发现周期性分层下的后支撑效应的滞后在较丰富的一侧更为突出。发现燃烧气体温度的变化在改变 Sc 方面的作用可以忽略不计。此外，由于存在较大的 H2 池，发现周期性分层下的后支撑效应的滞后在较丰富的一侧更为突出。发现燃烧气体温度的变化在改变 Sc 方面的作用可以忽略不计。此外，由于存在较大的 H2 池，发现周期性分层下的后支撑效应的滞后在较丰富的一侧更为突出。