局部時間步法在低馬赫燃燒模擬中的適用性研究

姚?衛，孫?超，劉?杭，吳?梅，楊少波，曹順利

局部時間步法在低馬赫燃燒模擬中的適用性研究

姚?衛1, 2，孫?超3，劉?杭1，吳?梅4，楊少波3，曹順利3

(1. 中國科學院力學研究所高溫氣體動力學國家重點實驗室，北京 100190；2. 中國科學院大學工程科學學院，北京 100049；3.中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094；4.合肥工業大學土木與水利工程學院，合肥 230009)

在復雜燃燒模擬中由于整場流速的不均勻性和局部網格尺寸的差異，各局部流場區域的CFL數差異較大．傳統的基于整場最大CFL數定義的整體時間步法嚴重制約計算效率．本文首次考察了基于當地CFL數限制的局部時間步法在低馬赫數湍流燃燒模擬中的適用性．對開放空間中甲烷池火(1065萬網格)和封閉空間建筑火災(320萬網格)的大渦模擬表明，采用局部時間步法相比于整體時間步法分別實現了6倍和8倍的加速比．加速比隨網格尺度減小呈增加趨勢．研究進一步從兩個方面驗證了局部時間步法在低馬赫數燃燒模擬中的準確性：①與實驗數據的對比表明，由于低馬赫數燃燒的準穩態特性，局部和整體時間步法均較為準確地預測了溫度的時間變化特性；②對時均流場的比較表明，除微量痕跡物(質量分數小于0.1%)以外，兩種方法對時均溫度、時均速度和氧氣體積分數的預測差異均較小．研究中還對現有的PaSR湍流燃燒模型和壓力求解算法進行了改進和優化，以分別提高其物理準確性和魯棒性．

湍流燃燒；局部時間步法；大渦模擬；CFL數；OpenFOAM

低……