郑凯，蒋军成，邢志祥，吴凡，吴洁，余明高

（1 常州大学环境与安全工程学院，江苏常州213164； 2 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆400044）

引 言

甲烷作为天然气和煤矿瓦斯的主要成分，其在生产储运过程中一旦发生泄漏或积聚形成爆炸浓度范围内的可燃气体时，遇火源可发展为爆燃、爆轰以及从爆燃向爆轰的转变等爆炸事故[1-3]。一般而言，管道中甲烷-空气爆炸传播是涉及湍流流动的化学反应过程。随着高性能计算技术的发展，大涡模拟(large eddy simulation, LES)已经成为一种预测管道内甲烷-空气爆炸湍流反应的重要手段[4-6]。相对于大涡模拟，雷诺平均模拟(Reynolds average Navier-Stokes，RANS)由于对Navier-Stokes (N-S)方程进行了时间平均，计算准确性较差，难以精确预测爆炸火焰结构。然而由于计算能力的限制，当前大涡模拟中计算网格尺寸要远大于待求解火焰厚度。为了解决这一问题，学者们提出了三种亚网格模型：火焰表面密度模型(flame surface density，FSD)[7]，增厚火焰模型(thickening flame，TF)[8-9]和G 方程模型[10-11]。

在TF模型中，通过提高燃烧组分扩散系数并同比例降低反应速率，可以使层流火焰速度保持不变但火焰厚度增大，以保证火焰在大涡尺寸网格上求解。由于火焰厚度增加导致的亚网格火焰表面的丢失可用亚网格尺度褶皱因子来评估，其为火焰总表面与可求解的表面积的比值[12]。为了避免增厚过程改变组分的输运参数，采用火焰探测函数对火焰前锋进行动态增厚[13]。当前基于增厚火焰模型的大涡模拟技术已经取得长足进展，且在预测预混和非预混火焰的可行性方面开展了大量研究。……